深部咸水层CO2地质封存数值模拟参数的全局敏感性分析:以苏北盆地盐城组为例

基于对苏北盆地盐城组下段砂岩储层概化建立二维径向剖面模型,运用TOUGH2/ECO2N程序模拟深部咸水层中CO₂迁移分布过程。采用定性(Morris法)和定量(Sobol和EFAST法)全局敏感性分析方法,以储层中注入井处的压力、气相CO₂总量及CO₂气相羽扩散距离作为模型响应变量,对储层的水平渗透率、孔隙度、残余液体饱和度、孔隙分布指数、压缩系数、进气压力的倒数和盐度7个参数进行全局敏感性分析,讨论了咸水层的水文地质参数、盐度及其他模型参数对CO₂封存运移泄漏过程的影响。Morris和Sobol法的敏感性分析结果都表明,对于不同的响应变量,参数的敏感性排序不同：以注入井处的压力为响应变量时,孔隙度的敏感性最高;以气相CO₂总量和CO₂羽扩散距离为响应变量时,水平渗透率的敏感性最高。EFAST 1阶及总敏感度分析结果与Sobol分析结果基本一致,但EFAST法相对Sobol法计算更高效稳健,需要的样本数较少。     

滞后现象对CO_2深部咸水层地质封存的影响

在CO2封存到深部咸水层的过程中,由于多相流体性质的不同,相对渗透率和毛细压力不仅和当前区域流体的饱和度有关,还和流体经历的过程及历史饱和度有关,在相对渗透率和毛细压力特征曲线中表现出滞后现象。作为重要的参数,大多数通用数值模拟软件并未考虑相对渗透率和毛细压力滞后的现象,然而实际中滞后现象对CO2在咸水层中运移变化具有重要的影响,特别是在停止注入后的吸湿过程中。设计两种方案分别对应无滞后效应和滞后效应,采用数值模拟的方法,利用TOUGH+CO2进行模拟。结果表明,相对渗透率和毛细压力计算函数的选择对模拟结果具有重要的影响。在盖层封闭性能较好的情况下,两种方案CO2封存总量相同,但封存CO2存在相态比例不同。由于方案中考虑的流体驱替过程不同以及模型区域残余气相饱和度的不同,相应的相对渗透率和毛细压力特征变化曲线不同,表现出CO2气相饱和度分布的差异,考虑滞后效应的方案描述了相对渗透率与毛细压力随气液两相相互驱替过程的变化,因此在咸水层封存CO2的数值模拟中,应该引入相对渗透率和毛细压力滞后现象相关的计算,使得描述CO2在地层中的运移变化过程更准确。     

地质封存二氧化碳沿断层泄漏数值模拟研究

安全性和封存效果是二氧化碳（CO2）地质封存（GCS）最受关注的问题,其中以断层/裂缝引起的场地不确定性因素较为复杂。利用储层多相流模拟软件TOUGH2/ECO2N,研究了不同情境下注入深部咸水层中的CO2沿断层发生泄漏的时间、速率、泄漏量等特征。通过15个场地尺度的模型结果分析表明,CO2注入方案、断层性质（发育位置、产状、几何形态、内部结构）、系统内岩层的组合形态对CO2泄漏均有影响。相同储存环境和断层发育条件下,CO2注入速率从1.59 kg/s增加至6.34 kg/s,CO2泄漏时间提前3 706 d,泄漏量在20 a后增加至注入总量的32.43%。断层发育位置对CO2封存影响极为显著,本次研究,距注入井100 m位置的断层可造成CO2的泄漏量在20 a后高达总注入量的63.39%。相同条件下,倾斜/窄小的断层比垂直/宽厚的断层对CO2及储层咸水的泄漏影响更小。断层渗透率增加一倍,可导致CO2泄漏量增加2.11%,泄漏速率约提高0.006~0.01 kg/s。     

VG模型参数选择对咸水层CO_2封存的影响研究

在使用TOUGH2程序模拟咸水层CO2封存时,常使用VG模型计算岩石表面毛细压力,而岩石表面毛细压力的大小则会直接影响CO2在咸水层中运移形式和储存量。总结了不同类型常见砂泥岩的VG模型参数取值范围,基于松辽盆地典型储盖地质结构特征,运用TOUGH2构建了二维CO2封存模型,设计3组算例对比分析了VG参数取值对咸水层CO2封存的影响。研究结果表明:VG模型参数值大小取决于岩石的性质,TOUGH2使用的VG模型缺省值仅适用于小部分岩石;盖层的3个VG模型参数取值对咸水层CO2封存效果影响很大,单纯微调部分VG参数仍不能提高模拟可信度,而对于高、中渗透率储层,VG模型参数取值对模拟结果影响较小。因此,咸水层CO2封存模拟时,应结合储盖层岩性特征赋VG模型参数值。     

松辽盆地南部红岗背斜幔源-岩浆成因CO2大规模泄露的岩石学记录

通过片钠铝石自生矿物的时空分布、产状和含片钠铝石砂岩中流体包裹体特征的研究,揭示了松辽盆地南部红岗背斜CO2大规模渗漏的岩石学记录。在红岗背斜,片钠铝石主要分布于白垩系青山口组,其次为泉头组和姚家组。绝大部分含片钠铝石砂岩中不含CO2,部分含片钠铝石砂岩发育层段为油层。片钠铝石含量与沥青含量呈弱正相关,沥青普遍分布于油层和干层中。在含片钠铝石砂岩中发育CO2充注前和充注后2个成岩共生组合。其中:在CO2充注前形成的成岩共生组合中,赋存以液烃包裹体为主的第一期油气包裹体;在CO2充注后形成的成岩共生组合中,赋存以气液烃包裹体为主的第二期油气包裹体。研究表明,CO2大规模泄露的岩石学记录主要为广泛分布的、赋存于非CO2气藏中的片钠铝石自生矿物和沥青。前者是CO2大规模泄露的重要标志,后者是CO2渗漏过程中由于地层压力降低,引起原油轻重组分分离而形成的。红岗断层可能是CO2大规模泄露的通道,其渗漏时间应该不晚于明二段沉积之前。     

渤海湾盆地南堡凹陷地层压力演化及其成藏意义

渤海湾盆地南堡凹陷2 900 m以下超压现象较普遍,然而超压成因演化研究较为薄弱.基于数值模拟技术对南堡凹陷古超压的形成与演化进行了恢复,结合沉积速率演化、生烃演化及孔隙度演化研究了超压的成因演化特征,并进一步探讨了地层压力演化的成藏意义.研究表明,南堡凹陷地层压力演化经历了原始积累(东营组剥蚀期以前)、超压释放(东营组抬升剥蚀期)及超压重新积累(东营组末期至今)3个阶段;东营组剥蚀期以前超压成因以欠压实为主,超压幕式排放利于油气幕式排出,东营组剥蚀期发生超压卸载,超压卸载使得早期形成的油气藏进行一定程度的调整,东营组末期至今以生烃增压为主,生烃增压期与2次重要成藏期及油源断层活动增强期相耦合,一方面大量油气沿断裂及岩性通道运移形成源内成藏组合,另一方面在源储剩余压力差作用下,油气沿活化的油源断层运移形成源上成藏组合;油气有利聚集区与压力分布密切相关,在相应层段油层压力系数分布区间内,总体油层厚度与压力系数具有正相关关系,因此建议将勘探重点放在相应层段压力系数分布区间内的压力系数高值区.      

地下水水位及水温在查明矿区岩溶水补给条件中的应用——以福建马坑铁矿为例

综合利用马坑矿区积累的水位、水温资料,结合前期对矿区水文地质条件的认识,查明了矿区岩溶水在疏干条件下的补给的变化特征。矿区岩溶含水层以石炭系船山组至二叠系栖霞组灰岩为主,大气降水为其主要补给来源。矿区开采过程中由于矿山采石场开采灰岩造成的溶洞出露地表、采空塌陷裂隙、第四系扰动及沟谷堵塞等使大气降水入渗补给量增大;断层破碎带使分布于灰岩含水层上部的二叠系文笔山组泥质砂岩地层具有了良好的含水性及导水性,致使其上部加福组砂岩裂隙水通过小娘坑断层及F3断层等破碎带补给岩溶水;溪马河河水沿河床与F1断层交汇段渗漏补给岩溶水;深部花岗岩低温热水也沿F1及F10断层破碎带进入矿坑。      

致密砂岩的形成机制及其地质意义——以塔里木盆地英南2井为例

砂质岩的孔隙和喉道被网格状粘土矿物和次生加大矿物充填成微细孔喉状结构时,形成具有较高毛细管压力的致密砂岩。它与地层水发生水锁效应,可大大降低渗透率,成为致密砂岩盖层。当含水饱和度在50%以下时,束缚水饱和度比较低,致密砂岩储层可以产气;当含水饱和度在50%～90%区间时,具有较高的束缚水饱和度,相对渗透率非常低,它既不能产气也不能产水,反映为渗透率瓶颈区(具有盖层性质);当含水饱和度大于90%以上时,致密砂岩储层仅微量产水。塔里木盆地英南2井侏罗系气藏盖层由致密砂岩构成,不含水时的气体渗透率在(0.027～0.081)×10-3μm2,不能构成封堵;当含水饱和度达到60%以上时,相对渗透率几乎为零,构成有效盖层。     

多场耦合作用下致密储层渗流特性研究

储层岩石的渗流特性对致密砂岩储层的评价及开发具有重要意义。为此,研究构建热流固耦合控制方程,采用COMSOL Multiphyics软件,针对准噶尔盆地中部4区块某三维区致密储层不同开采时间下流体渗流速度和地层孔隙压力的分布规律开展了数值模拟研究。研究结果表明,流体渗流速度最大值出现在井口及其周围地区,断层破碎过渡带流体渗流速度高于周围连续地层和断层核部;随着与井口距离的增加,开采过程中流体渗流速度变化规律由先增加后减小最后趋于稳定逐步转化为先缓慢增加后逐步趋于稳定;在开采初期,孔隙压力等压线在井口周围呈环形分布,而后低应力区沿断层的开展方向进行扩展;孔隙压力随着开采时间的增加而不断减小,同时间节点下,距离井口越远,孔隙压力越大且下降幅度越小。研究成果为正确预测开发生产指标,为提高致密油气勘探开发效果提供技术支撑。      

致密油大规模多段压裂水平试井解释及外区渗透率对试井曲线的影响

多段压裂水平井试井解释能对压裂规模、主裂缝半长等参数进行有效评价,为产能评价等提供基础参数.然而当前缺少针对实际井例数据进行的深入分析.基于PEBI（perpendicular bisector）网格对油水两相渗流方程进行数值求解,利用无限导流的主裂缝与分支缝导致的区域渗透率扩大来描述SRV（stimulated reservoir volume）,建立了致密油大规模多段压裂水平井瞬态压力分析方法.基于大庆油田的实测数据进行解释并进行渗透率敏感性分析,研究了复合区域下的参数调整方法.研究表明,当外区渗透率变小时,早期的压力导数变小,后期的压力导数变大,而不是所有的压力导数值都变大.压力导数由小到大的转折点时间与渗透率大小相关.因而,当前期的压力导数曲线拟合效果好、后期的压力导数拟合效果差时,不能仅通过调整外区的渗透率来拟合,还应调整其他参数.另外,大庆致密油藏多段压裂水平井实测曲线中的启动压力梯度特征不明显.相关研究结果对致密油大规模多段压裂水平井实测数据解释具有重要的指导意义.      

松辽盆地大庆长垣四方台组可地浸砂岩铀成矿测井评价

为了研究孔隙度、渗透率、泥质等参数与砂岩型铀矿成矿的关系,本文对松辽盆地中央坳陷大庆长垣南部某区块四方台组底部砂岩进行分析。含铀矿砂岩具有高放射性,这使得测井曲线的密度值异常降低,自然伽马值异常升高。通过研究总结出利用升高的自然伽马曲线校正密度曲线的方法,以及利用其他不受放射性影响曲线重构自然伽马曲线的方法。与岩心的对比分析结果证明,校正后的密度曲线与重构后的自然伽马曲线较准确,密度曲线校正与自然伽马曲线重构解决了含铀砂岩利用测井曲线求取孔隙度、渗透率参数不准的问题。在准确求取测井参数的基础上,得到能展现砂体内部非均质性特点的物性空间展布并成图分析,进而得出本地区有利于铀成矿的物性条件：产生铀矿的砂体并不是孔渗性质最好的地方,也不是孔渗性质最差的地方,而是处于由高孔渗向低孔渗过渡的地方。     

地质流体对砂岩储层黏土矿物的影响——以渤海海域古近系为例

根据偏光显微镜、扫描电镜和X-衍射等分析手段获取的数据和资料,分析对比了早期沉积水介质、幔源CO2流体、大气水、超压流体和充注烃类等对储层黏土矿物的控制作用。研究表明,早期沉积水介质是储层黏土矿物的决定性因素,微咸水-半咸水湖盆储层黏土矿物以伊利石为主,淡水湖盆储层黏土矿物以高岭石为主;幔源CO2流体侵位后带来明显的储层改造和热波动效应,储层中I/S中S%含量低于同深度泥岩,储层中高岭石含量明显偏高。欠压实超压储层中黏土演化明显滞后,表现在I/S中S%含量低于同深度泥岩和常压储层。油气层高岭石含量往往远高于相近深度的水层,可能与充注烃类携带的有机酸的溶蚀作用有关,另外,烃类充注后形成的惰性成岩环境也有利于高岭石的保存,高岭石的高含量带常与油层及高渗层相对应;受大气水淋滤的储层,以长石大量溶蚀,富含高岭石为特征,储层孔隙度一般较高。     

柴西北小梁山地区狮子沟组混积岩储层评价

从有利于混积岩储层评价出发,将小梁山狮子沟组(N³₂)混积岩简化归类为泥质混积岩、砂质混积岩和碳酸盐混积岩,在此基础上根据铸体薄片、物性、孔隙结构等岩心分析数据和测井资料,对柴达木盆地西北部小梁山地区中浅层N³₂混积岩进行综合研究：N³₂混积岩岩石结构复杂、类型多样,储层储集空间以原生的粒间孔和微孔隙为主,呈中高孔低渗的特征,排驱压力、中值压力较高,孔喉半径较小,孔隙结构较差;储层质量受沉积相和成岩作用的综合影响,砂坪微相是最主要的有利储集相带,压实作用是储层物性的主要影响因素;根据物性和压汞等参数将N32储层评价为3类,其中Ⅰ、Ⅱ类储层在目前的技术条件下是研究区增储上产的首选储层。     

神府解家堡区上古生界致密砂岩储层特征及主控因素

神府解家堡区构造上位于鄂尔多斯盆地东缘晋西挠褶带,上古生界自下而上发育本1段、太2段、山2段和千5段等多套致密砂岩储集层.储层岩石类型以石英砂岩、岩屑石英砂岩、长石石英砂岩、岩屑砂岩和长石岩屑砂岩为主,自下而上储层石英含量呈递减、岩屑和长石含量呈递增趋势.储集空间类型以粒间溶孔、粒内溶孔、晶间孔和微裂缝为主,储层最大孔隙半径总体偏小,孔隙中值半径较小,排驱压力中等,储层孔隙以小孔—微孔为主.本溪组海相障壁—潮坪沉积、太原组浅水三角洲沉积、山西组三角洲沉积和石千峰组陆相辫状河沉积演化序列下,岩石成分成熟度和结构成熟度自下而上降低,储层空间展布呈层多而薄、砂—泥—煤岩交互特征.成岩作用类型以压实、胶结、溶蚀作用为主,局部发育高岭石化和微裂缝.以沉积相带、岩石类型和成岩作用类型作为3个控制端元,以孔隙度和渗透率为标准,上古生界致密砂岩储层可划分为4个大类和10个亚类,优势相和强溶蚀、弱胶结作用下的Ⅰ类储层孔隙度大于8%,渗透率大于0.5 mD,是最优质储层.     

黔南地区下寒武统牛蹄塘组页岩气顶底板特征研究

下寒武统牛蹄塘组顶底板条件是评价区域页岩气保存条件的重要因素之一。本研究在对黔南地区地表剖面和钻井资料分析的基础上,将该区域牛蹄塘组底板按岩性分为溶孔白云岩区、硅质岩-白云岩混合区和硅质岩区三个岩性组合类型区。硅质岩区具有超低孔、超低渗、高突破压力的特征,对页岩气的封存效果好,底板条件好;硅质岩-白云岩混合区由于白云岩具有溶蚀孔洞且低突破压力的特征,对上部页岩气封堵效果较差,底板条件较差;溶孔白云岩之上存在的暴露不整合面是页岩气散失重要通道,底板条件差。顶板按岩性分为泥岩区和灰岩区,其中泥岩区具有低孔、低渗、高突破压力的特征,顶板条件好,灰岩区次之。以底板为主控因素,综合顶板条件,综合研究结果认为岑巩-三都以东地区顶底板条件好,瓮安-福泉以西顶底板条件较差。黔南地区经历多期次构造运动,泥岩、硅质岩、灰岩在构造抬升改造后易产生裂缝,使得其对页岩气封盖能力变差,提出瓮安-福泉以东构造稳定区是牛蹄塘组页岩气顶底板条件较有利区。     

Computed X-ray Tomography Investigation of Porosity and Permeability of the Liujiagou Formation Sandstone Exposed to CO2-Saturated Brine

In order to improve CO2 capture, utilization and storage (CCUS) to solve carbon emission, sandstone from the Triassic Liujiagou Formation (LF) from the Ordos Basin in China was investigated using permeability tests and computed X-ray tomography (CT) scanning. The presence of reactive minerals within the geological CO2 sequestration target storage formation can allow reaction with injected CO2, which changes the porosity and permeability of the LF beds, affecting storage effectiveness. To investigate the effect of chemical reactions on the pore structure and permeability of sandstone cores representing the LF CO2 storage, tests were conducted to analyze the changes in porosity and permeability of sandstone cores induced by CO2-saturated brine at different reaction times (28-day maximum reaction period). Porosity and permeability of the sandstone increased after reaction with CO2-saturated brine due to mineral dissolution. The sandstone exhibited an increase in porosity and permeability after 15 days of reaction with CO2-saturated brine. Moreover, there was an increase in the volume of large pores in the sandstone after the 28-day period. The pore network of the sandstone was established through CT results, and the porosity calculated based on the obtained pore network was close to that measured in the test, demonstrating the feasibility to use CT to study the evolution of the microstructure of sandstone after long-time exposure to CO2-saturated brine.     

Seal integrity and feasibility of CO<Subscript>2</Subscript> sequestration in the Teapot Dome EOR pilot: geomechanical site characterization

This paper reports a preliminary investigation of CO₂ sequestration and seal integrity at Teapot Dome oil field, Wyoming, USA, with the objective of predicting the potential risk of CO₂ leakage along reservoir-bounding faults. CO₂ injection into reservoirs creates anomalously high pore pressure at the top of the reservoir that could potentially hydraulically fracture the caprock or trigger slip on reservoir-bounding faults. The Tensleep Formation, a Pennsylvanian age eolian sandstone is evaluated as the target horizon for a pilot CO₂ EOR-carbon storage experiment, in a three-way closure trap against a bounding fault, termed the S1 fault. A preliminary geomechanical model of the Tensleep Formation has been developed to evaluate the potential for CO₂ injection inducing slip on the S1 fault and thus threatening seal integrity. Uncertainties in the stress tensor and fault geometry have been incorporated into the analysis using Monte Carlo simulation. The authors find that even the most pessimistic risk scenario would require ∼10 MPa of excess pressure to cause the S1 fault to reactivate and provide a potential leakage pathway. This would correspond to a CO₂ column height of ∼1,500 m, whereas the structural closure of the Tensleep Formation in the pilot injection area does not exceed 100 m. It is therefore apparent that CO₂ injection is not likely to compromise the S1 fault stability. Better constraint of the least principal stress is needed to establish a more reliable estimate of the maximum reservoir pressure required to hydrofracture the caprock.     

衡山县湖泉坳紫砂陶土矿床地质特征及工业应用分析

衡山紫砂陶土矿位于浏阳－衡东北东向断裂隆起带南西端，含矿层为中侏罗统跃龙组上部，属一近南北轴向冷水冲向斜的两翼，矿物以伊利石为主，化学成分Ａｌ２Ｏ３、Ｆｅ２Ｏ３含量较高，矿石可塑性好，干燥与烧成收缩较小，可单独成坯，适合开发紫砂陶，日用陶，化工陶等系列产品。     

Control of Facies and Potential on Jurassic Hydrocarbon Accumulation and Prediction of Favorable Targets in the Hinterland Region of the Junggar Basin

<正>Exploration practices show that the Jurassic System in the hinterland region of the Junggar Basin has a low degree of exploration but huge potential,however the oil/gas accumulation rule is very complicated,and it is difficult to predict hydrocarbon-bearing properties.The research indicates that the oil and gas is controlled by structure facies belt and sedimentary system distribution macroscopically,and hydrocarbon-bearing properties of sand bodies are controlled by lithofacies and petrophysical facies microscopically.Controlled by ancient and current tectonic frameworks,most of the discovered oil and gas are distributed in the delta front sedimentary system of a palaeo-tectonic belt and an ancient slope belt.Subaqueous branch channels and estuary dams mainly with medium and fine sandstone are the main reservoirs and oil production layers,and sand bodies of high porosity and high permeability have good hydrocarbon-bearing properties;the facies controlling effect shows a reservoir controlling geologic model of relatively high porosity and permeability.The hydrocarbon distribution is also controlled by relatively low potential energy at the high points of local structure macroscopically, while most of the successful wells are distributed at the high points of local structure,and the hydrocarbon-bearing property is good at the place of relatively low potential energy;the hydrocarbon distribution is in close connection with faults,and the reservoirs near the fault in the region of relatively low pressure have good oil and gas shows;the distribution of lithologic reservoirs at the depression slope is controlled by the distribution of sand bodies at positions of relatively high porosity and permeability.The formation of the reservoir of the Jurassic in the Junggar Basin shows characteristics of favorable facies and low-potential coupling control,and among the currently discovered reservoirs and industrial hydrocarbon production wells,more than 90%are developed within the scope of faciespotential index FPI0.5,while the FPI and oil saturation of the discovered reservoir and unascertained traps have relatively good linear correlation.By establishing the relation model between hydrocarbonbearing properties of traps and FPI,totally 43 favorable targets are predicted in four main target series of strata and mainly distributed in the Badaowan Formation and the Sangonghe Formation,and the most favorable targets include the north and east of the Shinan Sag,the middle and south of the Mobei Uplift,Cai-35 well area of the Cainan Oilfield,and North-74 well area of the Zhangbei fault-fold zone.     

基于岩石颗粒排列方式的低渗透储层应力敏感性分析

以颗粒堆积模型为基础,考虑了低渗透岩心颗粒不同排列方式和不同变形方式,建立了毛管束模型,并通过颗粒Hertz接触变形原理对毛管变形量进行计算,研究毛管和多孔介质应力敏感性定量表征关系,通过有效毛管分数和毛管变形规律探讨了低渗透储层应力敏感性的作用机制。研究表明,低渗透储层的应力敏感性主要表现为渗透率的应力敏感性,相比于渗透率应力敏感性,孔隙度应力敏感性较弱;低渗透储层应力敏感性与岩石颗粒排列方式、颗粒变形方式、岩石微观孔隙结构、固液界面作用力和启动压力梯度效应等密切相关;考虑有效毛管分数和毛管变形量的多孔介质应力敏感性量化模型可从应力敏感性微观作用机制角度解释低渗透储层应力敏感性。