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。     

基于TOUGHREACT-MP的苏北盆地盐城组咸水层CO2矿物封存数值模拟

基于TOUGHREACT并行版,建立了苏北盆地盐城组下段砂岩层在碳封存中的CO2-水-岩反应二维径向模型,并评估储层的矿物封存潜力,探讨分析了网格剖分精度和储层各向异性对矿物封存模拟的影响。模拟结果表明:在CO2封存过程中,片钠铝石、方解石和菱铁矿沉淀较明显,在CO2注入5 000a后矿物封存的比例高达34.0%;网格剖分精度的不同对矿物封存反应路径没有影响,但粗网格模型计算得到的矿物封存量偏高;降低储层的kv(垂向渗透率)在短期内会促进CO2的水平运移,有利于溶解和矿物封存;但随着时间延长,降低kv对对流作用的抑制开始体现,表现为1 000a后中等kv值的模型计算出的矿物封存量高于较大kv和较小kv值的模型。     

苏北盆地油田封存二氧化碳潜力初探

油田二氧化碳封存是减少温室气体排放量最有效的途径之一,油藏中封存CO2 主要有构造地层储存、束缚气储存、 溶解储存和矿化储存等四种方式,CO2 在油藏中的地质储存容量采用国际上通用的资源储量金字塔理论来进行潜力评价。 本文通过分析油田CO2 封存机理,结合江苏省苏北盆地的地质和构造条件,对苏北盆地油田进行CO2 封存潜力研究。苏北 盆地油田多为低渗透和含水油藏,在储存CO2 的潜力上,东台坳陷优于盐阜坳陷,次级单元中又以高邮凹陷、金湖凹陷封 存CO2 潜力最大,一系列小型构造单元比较适合于CO2 封存,并有利于后期的保存。在封盖能力上,苏北盆地在垂向上有 明显的两分性,下部上白垩系和古新统盖层相对上部始新统盖层对CO2 封盖性更好。估算得到苏北盆地油田埋存CO2 的理 论储存容量为1.5054×108 t,有效储存容量为0.0828×108 t~0.4421×108 t,表明苏北油田封存CO2 的潜力较大。     

CO2深部咸水层封存选址的地质评价

深部咸水层封存是目前最具前景的CO2地质封存方式。本文通过调研CO2地质封存相关文献，对CO2咸水层封存选址地质评价依据进行分类，总结咸水层封存涉及的定量研究方法并探讨目前CO2地质封存中的不确定性问题。主要认识有：① CO2咸水层封存选址的地质依据可根据在评价中的作用分为两类，第一类是用于可行性评价的通用依据，第二类是用于进一步筛选优选靶区的封存适宜性和安全性指标，其中封存适宜性评价针对的是更加细致的储层特征（相较于可行性评价），而安全性评价则集中在盖层适宜性、场地地震安全性、水文地质条件、地面场地地质条件、储层盖层空间分布和构造六个方面；② 封存潜力评价方面，大范围的可行性评价可首选资料要求较低的面积法进行封存潜力评价，对小范围的优选靶区采取精度更高的容积法和包含更多封存机制的容量系数法；③ 目前CO2地质封存中的不确定性问题主要在于相同依据在不同评价方面产生的不同影响、CO2- 水- 岩反应对储集物性的影响、研究发现的特殊现象、多场耦合模拟研究不系统以及封存潜力计算中参数不确定问题。     

CO2地质封存工程的潜在地质环境灾害风险及防范措施

CO2地质封存技术虽是有效减排CO2和提高石油、天然气等能源采收率的技术手段,但目前该技术尚处于发展阶段.CO2地质封存工程可能诱发一些潜在的地质环境灾害风险,如浅层地表垂向差异变形、可能诱发的断层活化及地震事件、CO2逃逸导致淡水含水层的污染、CO2泄漏富集危害附近人类健康和局部生态系统等.本文分析了上述潜在地质环境...     

江苏省及近海区域CO2地质封存储层条件分析

对江苏省及近海区域地质进行了分析表明,下扬子地块发育的苏北—南黄海南部盆地为该省CO₂地质封存潜在目标场所。文章通过地层及岩性资料分析了CO₂封存适宜地层,在此基础上,根据钻井与地震测量剖面资料,阐述了各构造单元的800～3500 m深度范围存在的CO₂封存适宜地层的厚度,探讨CO₂封存空间适宜性。结果表明：盐城组下段、三垛组、戴南组、阜宁组一段与三段、赤山组砂岩具有较好CO₂储存空间;苏北—南黄海盆地的赤山组分布较少,盐城组、三垛组、戴南组、阜宁组地层分布范围较广;金湖凹陷、高邮凹陷、溱潼凹陷、海安凹陷、白驹凹陷、阜宁凹陷、盐城凹陷、南二凹陷、南四凹陷、南五凹陷、南七凹陷、南二低凸起具有较好的CO₂封存储层潜力;洪泽凹陷、临泽凹陷、涟南凹陷、涟北凹陷、南三凹陷、南六凹陷CO₂封存储层潜力较差。     

鄂尔多斯深部咸水层CO_2地质封存效果评价

中国首个陆上咸水层CO_2地质封存全流程示范项目于2010年正式实施。为更加清晰、准确地了解注入场地储层的注入性能和注入封存过程中可能遇到的潜在问题,基于场地储层结构和注入监测数据,采用储层多相流模拟软件TOUGH2-MP/ECO_2N对鄂尔多斯105 t/a CO_2注入1 620 m以深的特低渗砂岩咸水含水层进行数值模拟,对储层的压力积聚和CO_2羽体扩散的动态演化以及储层封存量进行评估。结果表明,所建立的模型比较准确地反映了实际注入过程和注入效果。3a注入引起的最大压力抬升小于15 MPa,CO_2在含水层中总体呈均匀扩散,CO_2注入地下3a和53a后,羽体在刘家沟储层中的横向迁移距离分别为550 m和700 m左右。在目前的统注方案下,CO_2主要封存层位在储层上部的刘家沟组(埋深为1 690~1 699 m),其吸气量占整个储层封存量的80%以上,储层吸气能力具有由浅到深变差的特征。53a模拟期内,进入泥岩盖层的CO_2总量不及注入总量的0.05%。     

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。     

苏北盆地层状盐穴储气库CO2封存数值模拟研究

地下盐岩溶腔是CO₂封存的有效地质体,CO₂沿盐岩软弱夹层和盐层-夹层交界面泄漏是制约地下盐岩溶腔CO₂安全封存的关键。以苏北盆地金坛地区CO₂盐穴储气库为研究对象,建立了层状盐穴储气库CO₂封存的流-固耦合数学模型,分析了盐岩及泥岩夹层中CO₂运移泄漏规律及其对CO₂安全封存的影响,并探讨了盐岩及泥岩夹层渗透率的动态响应特征。结果表明：渗透率是决定盐岩层中CO₂运移速率和泄漏范围的关键,在其影响下,相同封存时间内泥岩夹层中CO₂运移速率和影响范围远大于盐岩,但随封存时间延长,盐岩和泥岩夹层中CO₂运移速率和压力增幅均呈降低趋势,并随着CO₂压力传播至模拟边界而趋于稳定。渗透率动态变化是上覆地层压力负效应与盐岩层中CO₂压力正效应共同作用的结果,并受盐岩和泥岩夹层力学性质的影响。CO₂封存时间<3 ...     

鄂尔多斯盆地深部咸水层二氧化碳地质储存热-水动力-力学(THM)耦合过程数值模拟

注入CO₂到深部咸水层(CO₂地质储存)被认为是一种直接有效地减少CO₂向大气排放的途径。CO₂地质储存涉及到热、水动力和力学耦合过程,该耦合过程是预测CO₂在储层中的迁移转化、评价储层储存能力和分析潜在风险的关键。基于Terzaghi固结理论,在热-水动力(TH)耦合软件TOUGH2框架中加入了力学模块,形成了新的热-水动力-力学(THM)模拟器。结合鄂尔多斯盆地CO₂捕获和储存(CCS)示范工程场地的地质、水文地质条件,采用新的THM模拟器数值分析了CO₂注入后地层中的温度、压力、CO₂饱和度、位移和有效应力的时空变化特征。结果显示:在井口保持8 MPa和35℃情况下,能够实现10万 t/a的CO₂注入量;压力上升的范围远远大于CO₂运移和温度降低的范围,注入20 a后,其最大距离分别达到接近边界10 km、620 m和100 m;位移和应力变化主要与压力变化相关,注入引起最大抬升为0.14 m,在注入井附近位置储层中有效应力变化水平方向要大于垂直方向,而在远井位置相反;注入引起井附近有效应力明显减小,从而导致了孔隙度和渗透率的增大,增强了CO₂注入能力。     

松辽盆地CO2地质储存适宜性评价

为缓解全球气候变暖趋势,CO2地质储存成为目前减少向大气排放CO2量的有效方法之一.区域CO2地质储存适宜性评价是筛选CO2地质储存目标区和工程建设的基础,合理的评价指标体系和指标权重对评价结果有重要影响.本次研究结合松辽盆地地质条件,建立包括地质储存规模、储存经济性、储存条件和储存安全性4个方面、20个指标、5个指标...     

二氧化碳地质存储过程中沿井筒渗漏定性分析

二氧化碳沿井筒渗漏是二氧化碳地质埋存过程中所面临的重要风险之一.尤其是对于已经封堵的废弃井,由于获取井下的信息比较困难,因此评价废弃井的完整性是一个比较大的挑战.本文为评估二氧化碳沿废弃井渗漏提出了风险分析的方法.该方法包括了三个主要步骤:渗漏方案的制定,定量模拟及结果分析.所制定的渗漏方案将通过数值模拟进行定量分析及评价.本文将阐述该评价方法的第一步骤:渗漏方案的制定.该步骤为渗漏的定量模拟提供了理论基础.该方法被广泛接受并现场应用于德国某大型二氧化碳存储及提高天然气采收率项目中.     

二氧化碳地质储存逃逸通道及环境监测研究

CO2地质储存逃逸通道可分为人为逃逸通道、地质构造逃逸通道以及跨越盖层和水力圈闭逃逸通道三类.在CO2地质储存场地选址和场地勘查阶段,应高度重视区域地壳稳定性、地震危险性和CO2逃逸通道专门性地质调查评价工作,避免因CO2逃逸造成对人群健康和生态系统产生影响,导致地下水污染和诱发地质灾害发生.同时要对可能的CO2逃逸通道进行灌注前CO2背景值监测,灌注工程运营期CO2控制监测和封场后长期监测,确保CO2地质储存的有效性、安全性和持久性.     

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。