砂岩中绿泥石含量对CO_2矿物封存影响的模拟研究

二氧化碳地质储存是实现二氧化碳减排的有效手段,砂岩储层是二氧化碳地质储存的主要储层类型之一。砂岩储层中的绿泥石溶解对二氧化碳地质储存形式和储存量有着重要的影响。依据某砂岩储层的实测资料,采用数值模拟技术,分析了绿泥石作用下CO2矿物封存机理和绿泥石含量对CO2的矿物封存量的影响。研究结果表明,绿泥石体积分数增大,溶解后可以向溶液中提供更多的Mg2+、Fe2+,有利于固碳矿物菱铁矿和铁白云石生成;绿泥石的体积分数与CO2矿物封存量有良好的正相关性,高绿泥石含量有助于砂岩储层的CO2矿物捕获。     

原生矿物组分对CO_2地质储存地球化学过程的影响

CO2的地质储存是迅速减少温室气体向大气排放最直接、最有效的方法之一,其封存量受很多因素影响,储层原生矿物组分是其中之一。本文以松辽盆地、美国墨西哥湾、日本Nagaoka场地资料为基础,对CO2矿物封存过程进行数值摸拟。结果表明:原生矿物组成及含量相差不大时,地球化学反应过程相似,原生矿物组成较为复杂时,地球化学反应过程也更复杂;在以石英、长石为主的砂岩储层中,长石和绿泥石是重要的溶解矿物,铁白云石和片钠铝石是主要的固碳矿物;CO2矿物封存量随着原生矿物中奥长石和绿泥石含量增加而增大,其中奥长石的影响更大。以上研究对CO2地质储存储层的选取有指导意义。     

油藏中CO_2矿物捕获能力研究

利用TOUGHREACT软件,根据示范工程实验区大情字井的地层条件,针对含油及非含油储层哪一条件更适宜CO_2地质储存,设置了盐水组与含油组两组方案进行对比模拟。结果显示,含油组地层水中主要离子浓度及总矿化度低于盐水组,主要固碳矿物片钠铝石的生成量和CO_2的封存量明显小于盐水组。残余油的存在降低了矿物与水溶液进行离子交换的比表面积和储层的含水饱和度,并且占据矿物沉淀空间。尽管水岩作用受限,但油藏仍然可完成CO_2地质封存,且诸多优点表明油藏仍是CO_2地质封存的有利场所。     

黏土矿物含量对CO_2地质埋存体盖层封闭性的影响

为了解CO_2地质储存过程中黏土矿物含量对盖层封闭性的影响,本文以鄂尔多斯盆地三叠系和尚沟组泥岩盖层为研究对象,利用TOUGHREACT软件研究了不同黏土矿物含量、储层厚度对盖层封闭性的影响。研究表明,当盖层黏土矿物含量达到50%时,渗透率最大可减降低36%,有效封存厚度可达70 m;当黏土矿物含量减少至10%时,盖层自封闭性大幅降低,有效封存厚度为4 m,且盖层中的蒙脱石也由沉淀转化为溶解。黏土矿物含量越高,盖层封闭性越强,有效封存厚度越大。储层厚度对盖层封闭性有直接影响,当储层厚度大于盖层有效封存厚度时,则会发生泄漏;当储层厚度达到100 m时,CO_2将在125年后穿透黏土矿物含量为50%的盖层。本研究可为CO_2地质储存的储盖层选择和安全性评价提供理论依据。     

页岩矿物组分对裂缝扩展影响的数值模拟分析

页岩的矿物组分和微观结构对于水力压裂中裂缝的产生和扩展有重要影响。采用微分等效模量模型的方法建立页岩微观物理模型,基于扩展有限元法,从矿物组分的角度对水力压裂造成的裂缝扩展进行数值模拟分析。模拟结果表明,裂缝最先在遇到石英矿物时开始扩展,裂缝在石英矿物内的宽度和孔隙压力整体上都大于黄铁矿,页岩中的石英矿物更有利于裂缝的扩展。根据模拟结果,在页岩气开发时,应优先选择石英矿物含量较高的页岩层。     

鄂尔多斯盆地石盒子组地层二氧化碳矿物封存能力评估

CO2的地质封存技术是减少CO2向大气排放的一种有效方法。矿物封存由于储存时间长,安全性高,对CO2地质封存至关重要。本文以鄂尔多斯盆地石盒子组地层为例,利用模拟软件TOUGHREACT研究了CO2注入后,各矿物的溶解和沉淀机理,确定固碳矿物和CO2的矿物封存量;通过改变绿泥石和长石类矿物的初始含量,研究原生矿物组分对CO2矿物封存潜力的影响。结果表明,以石英、长石为主的砂岩储集层中,长石类、绿泥石和高岭石是主要的溶解矿物,铁白云石是主要的固碳矿物,原生矿物中绿泥石和长石类矿物对CO2的矿物封存量影响很大,绿泥石和长石类矿物的体积分数增加,CO2的矿物封存量也增加。     

地下热-水动力-力学耦合过程数值模拟:以CO_2地质储存为例

在地下流动系统问题的研究中,热-水动力-力学(THM)耦合过程是研究的热点问题。在地下多相非等温数值模拟软件TOUGH2的框架内,基于Biot固结理论和摩尔-库仑破坏判定准则,建立了THM耦合模型;采用积分有限差和有限元联合的空间离散方法,开发了THM模拟器TOUGH2Biot。该模拟器中热和水动力过程是全耦合,力学过程是部分耦合。通过与解析解的对比,验证了其正确性。基于鄂尔多斯盆地CCS示范工程,采用TOUGH2Biot研究了CO2注入地层后的THM响应。结果显示CO2的注入引起流体压力急剧增加,地层有效应力减小,地表隆起,隆起大小在几十个厘米,同时孔渗增加,利于CO2注入引起的压力上升向外消散。CO2注入最有可能导致剪切破坏的位置位于最大速率注入点上部盖层,其次为靠近地表的位置。     

煤矸石内各矿物组分溶解-释放规律的数值模拟研究

为了更好防治煤矸石山对环境危害,研究了不同温度和CO2分压条件下煤矸石内各矿物的溶解-释放规律。应用美国地质调查所开发的水化学模拟软件PHREEQC对在不同温度和CO2分压条件下煤矸石内各矿物的溶解度进行了水化学模拟。研究结果显示,煤矸石内所有矿物溶解度都随着温度的上升而增大,然而随着溶液中CO2分压的不断增大这种趋势逐渐转变为随着温度的上升溶解度逐渐减小;煤矸石内所有矿物(石英除外)溶解度随着CO2分压的增大而增大。碳酸盐(方解石)的溶解度随着CO2分压升高呈现非线性迅速增大的趋势,其它盐类的溶解度随着CO2分压的升高增大的速率较为缓慢。在煤矸石山内部,某处煤矸石淋溶液内CO2分压越高,其化学组分浸出量也就越大;在矸石山透气性良好时,温度越高煤矸石化学成分的浸出量越大。      

应用TOUGH模拟二氧化碳地质储存过程的复杂地质体建模技术与实现

基于TOUGH2数值模拟器中存在处理复杂地质条件难的问题,提出了将三维地质模型与TOUGH2数值模型耦合的具体思路和方法,并在Windows平台上编制了相应的程序,利用该程序可以直接将地质模型（如GMS和Petrel建立）与TOUGH2的数值模型进行有机融合,并进行了算法验证。通过CO₂地质储存的实例,可以看出地层构造对CO₂的空间运移起着控制作用,模拟结果显示CO₂会沿着背斜面地层进行运移扩散。因此通过此转换程序,能够增强TOUGH2模拟器处理地层起伏、断层、褶被等常见地质构造,以及地质属性随空间变化的地质体,提高了模拟器的使用效率。     

寿山石的矿物组分和特征

寿山石是我国最负盛名的工艺雕刻石。以X射线衍射和红外光谱测试证实,寿山石的主要成分分别为高岭石族矿物、叶蜡石和伊利石．其中以高岭石族矿物,特别是地开石及地开石和高岭石的过渡矿物占大多数。研究表明,不仅寿山石中的极品田黄石存在珍珠陶石。而且在原生矿高山石鸡母窝品种也发现了珍珠陶石。     

注入速率对CO_2地质储存封存潜力的影响分析

国内某著名煤炭企业计划实施每年10万吨的CO2地质储存（CCS）项目,拟选了5组地层做为目标储层。但所选封存层平均渗透率在0.15~0.6mD,平均孔隙度在2~6%,属于低渗低孔地层,如不进行人工压裂提高注入层渗透率,要实现预定存储目标尚有一些困难。笔者在研究中发现,除对目标层进行一定的水裂酸化处理提高地层渗透特性可以显著提高注入性和存储能力外,CO2注入速率的变化对地层的封存能力和注入性也有明显影响。运用TOUGH2-ECO2N软件分别模拟了无水裂及水裂情况下8种不同注入速率下这些目标存储层的压力变化及CO2封存状态比例及理论最大封存能力。模拟结果表明使用水裂酸化方法对储层进行处理后,不仅可以使注入总量达到项目要求,还可使系统理论最大储存能力提高55%;并且在灌注过程中采用变速灌注方式,可以有效控制系统压力积聚,对将来实际灌注压力控制具有重要意义。     

CO2地质储存过程中的地表变形数值模拟研究

本文以阿尔及利亚Salah场地为例, 利用CGS-THCM耦合模拟程序建立数值模型, 模拟不同方式注入CO2引起地表位移的变化规律, 提出将数值模拟手段与inSAR监测数据结合起来综合评估CO2地质封存工程中的CO2逃逸问题, 并建立了CO2逃逸-地表位移评估体系, 评估CGS工程中被封存的CO2是否逃逸以及逃逸量的大小。通过模拟结果可以看出:工程初期引起地表位移较小, 随着时间的增加, 引起的地表位移越来越明显, 而且注入量大、注入压力大都会引起相对较大的地表位移。     

矿物包裹体中气相组分的色谱法同时测定方法研究

文章提出以载气热爆－气相色谱法同时测定矿物包裹体中气相组分的方法。经对Ｓｃ－３Ａ型气相色谱仪改装，并利用其改装后新的三柱患联双检测系统进行了一系列分离条件试验选择，对所选样样品的分析、检验、表明所测结果可靠。     

储层温度对CO_2矿物封存的影响

在CO2地质储存中,储层温度是影响CO2矿物储存量的因素之一。文章选取美国Gulf Coast地区的资料,并设置6种温度敏感性分析方案,使用TOUGHREACT/ECO2N软件模拟分析了温度变化对CO2矿物捕集的影响,得出以下结论:长石类矿物、高岭石、绿泥石是主要的溶解矿物,方解石并非主要的溶解矿物;主要固碳矿物为铁白云石和片钠铝石,两者与绿泥石存在较好的相关性,并且沉淀量与温度变化正相关;CO2体积分数随时间变化幅度和矿物捕获总量均与温度呈正相关。通过分析储层温度对矿物捕获CO2的影响,为选取CO2储层提供温度上的考量。     

CO_2地质储存潜力与适宜性评价编图方法研究

借鉴国外CO2地质储存潜力与适宜性调查评价工作程序,将我国CO2地质储存潜力与适宜性评价工作划分为五个阶段。影响盆地评价阶段CO2地质储存适宜性的因素很多,本文分别从盆地本身物理条件、数据源和资源潜力、地壳稳定性、温度以及经济适宜性五个影响方面形成单因子图,此五类单因子图件的编图基础为中国1∶500万地质图,利用图层属性的加权计算、叠加的成图方法,综合单因子图件形成我国CO2地质储存远景区划图件。     

安徽省沉积盆地咸水含水层二氧化碳地质储存潜力研究

沉积盆地咸水含水层二氧化碳储存研究前景广阔。本文根据安徽省省内研究现状,选取省内9个沉积盆地,通过技术性指标、安全性指标、经济性指标、社会环境指标对二氧化碳的地质储存可行性进行了初步评价,运用深部咸水层理论,对二氧化碳的地质储存潜力进行了估算。     

初始裂隙对岩溶水紊流形成的影响

岩溶地区地下发育着大量的溶洞和地下河管道,地下水流状态既有层流也有紊流,而紊流是溶洞管道形成的重要条件。紊流的形成受到岩石初始裂隙的影响,初始裂隙的张开度、分布、走向、迹长、密度等因素都影响着裂隙发育过程中水流状态的变化。通过对不同统计特征的初始裂隙网络进行水流和溶蚀的数值模拟发现,以张开度标准差反映的裂隙网络非均匀性越强,模拟紊流出现的时间就越早;主要裂隙的存在使裂隙网络的非均性增强,主要裂隙与水力梯度总方向的角度越小,紊流出现的时间就越早;当裂隙平均迹长过小时会导致裂隙连通性较差,影响裂隙水流和溶蚀作用;裂隙密度,尤其是主要裂隙密度,对岩溶发育的影响较大。相对于次要裂隙,如果主要裂隙密度偏小,紊流形成时间会大大增加,甚至很难形成紊流。当初始裂隙张开度小于0.001 cm,增大水力梯度仍没有紊流发生,岩溶几乎不发育。     

CO_2地质储存潜力与适宜性评价方法及初步评价

借鉴国外CO2地质储存潜力与适宜性调查评价工作程序,在充分考虑我国复杂的地质背景、CO2地质储存研究现状等因素的基础上,将我国CO2地质储存潜力与适宜性评价工作划分国家级潜力评价阶段、盆地级潜力评价阶段、目标区级潜力评价阶段、场地级评价阶段、灌注、监测运行期评价阶段,按评价精度由低到高,分称为CO2地质储存潜力与适宜性评价E、D、C、B、A级;并对我国CO2地质储存潜力与适宜性进行了E级评价,即运用层次分析-模糊指数法对我国陆相沉积盆地进行了初步筛选,并对其储量进行了计算,认为我国陆上沉积盆地深部咸水含水层是最主要的CO2地质储量场所。     

成岩流体—矿物反应的地球化学动力学数值模拟方法

本引用Ｌｉｃｈｔｎｅｒ Ｐ．Ｃ．的渗透－扩散－化学反应三耦合的时空连续性方程和准稳态近似法，建立了成岩作用过程中流体－矿物反应的地球化学动力学数学模型，并设计了数值模拟的计算方法和编写了计算程序。     

基于岩石元素含量确定岩石矿物组分的方法

岩石中矿物组分和含量对岩性划分、沉积环境判断及物源方向分析等方面均有非常重要的意义。岩石中各元素百分含量与矿物组成和演化有着密切的关系,通过确定元素含量与矿物含量之间的转换系数,依托转换系数这一桥梁,可以将元素含量转换成矿物含量。文章结合岩芯元素含量结果及全岩测试数据资料,通过对比"逐级分离"法计算结果与全岩计算结果,其结果表明:①转换系数具有一定的专一性;②该方法与多元回归方法相比,该方法可以依据较少的数据确定该地区的转换系数;③利用"逐级分离"法获得的计算结果,较符合该地区的转换系数,可以应用于岩性识别与分类。