CO2驱微观可视化技术在超低渗储层中的应用可行性研究:以鄂尔多斯盆地为例

CO₂驱油是提高特低渗、超低渗油藏驱油效率的重要途径,但目前由于匮乏CO₂驱油微观可视化实验技术,制约了CO₂驱油微观机理研究及驱油效果评价。本研究提出特低、超低渗油藏高温高压下CO₂驱油微观可视化实验技术,为该类油藏CO₂驱油机理研究提供良好的研究手段。以鄂尔多斯盆地超低渗储层为例,利用首次研制成功的高温、高压、防暴真实砂岩模型,成功进行了CO₂驱油微观可视化实验研究,首次镜下观察不同相态CO₂在超低渗储层复杂孔喉中驱替原油的动态现象,重新认识超低渗油藏注CO₂驱油时不同孔喉结构中CO₂赋存状态和渗流规律。结果表明,储层微观孔喉结构,尤其是孔喉大小分布的均匀程度,对CO₂驱油效率的重要影响超出预期,直接决定着CO₂能否进入储层以及其后的渗流路径。CO₂驱油微观可视化实验技术可有效进行CO₂驱油微观机理研究及驱油效果评价研究,并为后期进行油藏矿场试验提供指导意见。     

高盐度卤水对CO2地质封存的影响: 以江汉盆地潜江凹陷为例

江汉盆地潜江凹陷卤水资源十分丰富,潜江组泥膏岩、泥岩和砂岩交替沉积,构成CO₂地质储存的潜在场所.但是潜江组卤水层矿化度非常高,平均值高达283.25 g/L.以高盐度卤水为对象,探讨了高盐度卤水对CO₂封存过程中产生的物理化学影响.结果表明,往高盐度卤水层中单纯地注入CO₂会造成CO₂溶解量和矿物捕集量的显著降低,不利于CO₂的储存安全.高盐度会造成注入井附近发生盐岩大量沉淀,不利于CO₂的持续注入,同时造成近井周围压力严重积累,降低了封闭安全系数.采用CO₂与卤水联合注采模式,可有效缓解CO₂单纯地注入过程中的压力严重积累和盐岩沉淀问题,实现资源和地下空间最大化利用,收获经济和环保的双重效益.      

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。     

使用水力屏障控制单一倾斜储层中CO2羽的迁移

摘要:在单一倾斜含水层中封存CO₂时,在浮力作用下,CO₂会向地层上升一侧快速运移,不利于封存安全.可在倾斜地层的上升一侧,距离CO₂注入井一定位置设置注水井,创造水力屏障,以阻止CO₂向上移动.建立了数值模型来探讨这一方法的有效性,分析注水位置、距离、速度等因素的影响.结果表明注水形成的水力屏障能有效阻挡CO₂羽的向上迁移,且能促进CO₂溶解,抽水能显著降低地层压力.为了确保能完全阻挡CO₂运移,需要注水长度大于CO₂羽的厚度,甚至是在全部储层注水.注水速度是影响水力屏障效果的关键因素.注水距离越近阻挡效果越好.可以在CO₂羽即将到达之前注水,以减少注水量和能源消耗.      

晋城无烟煤储存游离态CO2理论容量及其影响因素

深部煤层游离态CO₂理论存储容量随深度增加而变化。基于山西沁水盆地南部煤样测试基本数据,对游离态CO₂煤层存储容量进行计算,并分析其随深度变化规律。基于建立的煤层游离态CO₂存储容量计算模型显示,煤储层游离态CO₂存储容量受孔隙度、含气饱和度、地层温度、地层压力等共同作用的影响。CO₂注入后改变煤储层物性会导致理论存储量有不同程度增加,但存储量增值与实验煤样颗粒大小有关;应力作用下煤储层孔隙度随埋深呈负指数降低规律会显著降低CO₂存储容量,含气饱和度增大会显著增大存储量。     

鄂尔多斯盆地JX井延长组砂岩固碳潜力分析

神华集团在我国CO₂地下埋藏的潜在目标区(鄂尔多斯盆地)实施的CO₂注入工程仍存在有关其注入层之上泥岩盖层安全性方面的争议.通过对与神华集团CO₂注入井相邻且钻遇地层系统、岩石组合一致的JX井三叠系延长组(位于注入层之上)的研究预测一旦CO₂透过盖层后的再续固碳能力.研究层位岩屑样品类型主要为长石砂岩和岩屑长石砂岩,其次为岩屑砂岩和岩屑石英砂岩;其物源区岩石类型主要为长英质火山岩、其次为中性火山岩及少量富含石英的沉积岩,具中性斜长岩成分特征;其上段(466~534 m)及下段(666~958 m)砂岩母岩受到弱-中等化学蚀变,并可能经历了再旋回过程;中段(534~666 m)砂岩母岩未受化学蚀变影响,并可能为第一次旋回沉积物.作为潜在的CO₂再续固碳场所,延长组砂岩具有实现CO₂矿物圈闭的物质条件及形成片钠铝石、方解石、铁白云石和菱铁矿等固碳矿物的潜力.     

沁水盆地柿庄北深部煤层水平井CO2注入参数研究

基于CO₂的吸附能力大于CH₄的原理,向深部煤层中注入并封存CO₂同时置换驱替CH₄增加煤层气井产量,具有环境和经济双重效益。研究深部煤储层特征,通过气、水两相多组分,单孔和双孔模型的三维储层数值模拟技术,模拟不同井底压力下,完成注入量所需要的时间。优化后的注入施工参数为井口注入压力低于10MPa,注入速率低于47 L/min。根据数值模拟结果选定注入压力,注入结果与模拟连续注入时间一致,说明该方法可以有效地模拟注入压力和注入量之间的关系,保障CO₂注入施工安全有效。     

二氧化碳地质存储与煤层气强化开发有效性研究述评

煤层CO₂地质存储与CH₄强化开采（CO₂-ECBM）技术融温室气体减排与化石新能源开发为一体,极具发展前景。CO₂-ECBM技术有效性是经济性、长期性和安全性的基础和前提,建立深部煤层CO₂-ECBM有效性理论和生产技术在中国的需求尤为迫切。中国、美国、英国、澳大利亚、日本等国家在该领域开展了大量实验模拟、数值模拟和工程探索研究。研究工作表明：CO₂可注性、CO₂封存机制与存储容量、CH₄增产效果构成了CO₂-ECBM有效性的核心内涵,其中CO₂可注性更为关键;CO₂注入时煤储层发生体积应变效应和地球化学反应效应,其导致的渗透率快速衰减与可注性变差制约着CO₂-ECBM的有效性;CO₂/CH₄竞争吸附与置换是主要的CO₂封存机制,地层条件下CO₂/CH₄竞争吸附与置换封存决定了有效存储容量的主体,对于超临界CO₂,改进的吸附势模型（Modified D-R model）表征计算结果与实验模拟结果的拟合度最好;通过优化注入参数、间歇性注入、先压后注、与N₂交替注入等方式可以提高深部煤层的CO₂可注性,试验井组煤层气生产井可实现最高3.8倍的增产效果;沁水盆地深部无烟煤CO₂-ECBM技术的有效性已得到实验室研究和工程试验的初步证实。中国科学家在持续开展和不断深化CO₂-ECBM技术的研究工作,CO₂-ECBM有效性的关键科学技术问题有望在中国得到破解。     

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。     

低渗透油藏水平井注CO2井网优化与影响因素

针对低渗透油藏直井井网CO₂驱油的不足,以大庆某低渗区块为例,建立反七点水平井井网CO₂驱油地质模型。在物性参数相态拟合的基础上,对反七点水平井和五点直井两种不同井网模式的开发效果进行了对比,对反七点水平井井网参数进行了优化,同时对储层非均质(渗透率、储层非均质性、裂缝的发育情况等)进行了影响因素分析。研究表明：利用水平井注CO₂可以适当地增大井距、排距,减少井的数量,降低钻井成本;在生产制度相同的情况下水平井井网的开发效果要比直井井网的开发效果好;在水平井井网中,采出程度随着油井到水平井的垂直距离的比值变化而变化,当比值为1.4时采出程度最大;水平井注CO₂更适合低渗透正韵律储层;在储层裂缝发育的情况下,裂缝条数越多,CO₂在储层中的不均匀推进现象越明显,最终采出程度越低。     

鄂尔多斯盆地南部下组合长8储层非均质性研究——以富县油田为例

鄂尔多斯盆地富县油田水磨沟区延长组长8层为三角洲前缘沉积,油层主要发育在水下分流河道沉积微相中。对研究区长8储层的岩石学特征、微观特征、物性特征及非均质性等方面进行了深入研究,结果为油田生产提供了技术保障。结果表明,研究区长8储层属于特低孔、超低渗储层,其整体非均质程度为中等,长8₂层的渗透率非均质性强于长8₁层,长8₂储层非均质性强于长8₁储层。     

巴西桑托斯盆地CO2区域分布及主控因素

桑托斯盆地盐下油气田中发现了大量CO₂,给油气勘探开发和生产都带来诸多困难和挑战.利用地层测试、样品分析及文献资料等,明确了CO₂成因及来源,统计分析了其区域分布特征,并基于区域重磁和深源地震等资料,剖析了控制CO₂分布的地质因素.盆内CO₂主要为幔源—岩浆成因,且幔源CO₂贡献了至少92%的CO₂总量.区域上,CO₂自陆向海呈增加趋势,并相对集中在盆地东部隆起带上.地壳减薄和地幔局部隆升是控制CO₂宏观分布最重要的背景因素.极端的地壳伸展造成了圣保罗地台下部陆壳强烈拉伸减薄,形成了一个面积约5.1×104 km2的地壳减薄区,造成了富含CO₂的地幔物质上拱进入陆壳,宏观上决定了盆内CO₂区域分布.此区域之外,出现高含量CO₂的可能性大幅降低.岩浆侵入和活动断层都是沟通隆升地幔和浅部储层的重要路径,但以断裂沟通最常见.NW-SE向区域走滑断裂和NE-SW向I-II级正断层对CO₂在浅部地层中的分配起控制作用,两组断裂交汇部位或周缘是幔源岩浆或CO₂最集中发育区.      

低渗透油藏CO2驱油开发方式与应用

CO₂驱是一种能大幅度提高原油采收率的三次采油技术,国内该项技术的研究和应用起步较晚,多以先导试验为主。苏北盆地溱潼凹陷经过10余年的探索,已经在5个低渗油田开展了CO₂驱先导试验和推广应用,针对这5个油藏利用一维细管模拟和油藏数值模拟方法开展了注气时机、段塞尺寸和注气部位的研究,并应用典型实例进行了分析,认为先期注入提高混相压力,可更有效地缩短两相区过渡带,增加油相中溶解的CO₂含量,降低油相粘度和油气界面张力,进而提高混相程度,更有利于驱油;采用大尺寸段塞可加大CO₂波及区域,较好地保持地层能量,从而提高油井见效率,增强驱替效果;高部位注气可有效地抑制重力超覆,减少CO₂气体过早地产出和突破的机会。就苏北盆地低渗油藏而言,采用先期注入、大尺寸段塞和高部位注气不失为一种成熟有效的提高采收率方法。     

深部煤层CO2注入过程中煤体积参数变化的模拟实验

CO₂注入煤层会改造储层孔裂隙结构,对提高CO₂埋藏和强化甲烷抽采能力产生重要影响。为探究CO₂注入后的煤体结构演化规律,选择山西沁水盆地寺河矿无烟煤和新源矿焦煤样品进行模拟实验,通过测试并分析CO₂注入前后煤体积参数的变化,得到以下结论：CO₂的注入可以溶蚀煤中矿物,增加连通孔隙体积并引起有机质的膨胀;矿物溶蚀对孔隙体积变化的贡献不显著,却导致大量封闭孔转换为连通孔,其中大于40μm的大孔孔隙体积增幅最大;有机质的膨胀量较大,其对孔隙的挤压作用可能会降低煤体的连通性;CO₂注入对煤体结构的改造作用受煤级和模拟埋深条件的共同影响。     

东北及邻区中生代盆地片钠铝石的分布、产状及其油气地质意义

东北及邻区中生代地层中的片钠铝石分布于海拉尔盆地、塔木察格盆地、二连盆地、开鲁盆地和阜新盆地的早白垩世地层及松辽盆地南部的早白垩世晚期-晚白垩世早期地层中。片钠铝石主要发育在油气储层或CO₂气储层中富含长石的砂岩和火山碎屑岩中。在含片钠铝石砂岩和火山碎屑岩中,片钠铝石以放射状、束状、杂乱毛发状、球状和板状等集合体充填孔隙,或呈束状和板状交代长石和岩屑。片钠铝石及其共生的铁白云石都是最晚形成的自生矿物组合。越来越多的证据表明,片钠铝石是富CO₂流体的指示矿物,记录了CO₂和油气双重充注现象。在含片钠铝石碎屑岩中可以解读出CO₂充注的时间和CO₂分压的变化。     

长庆油田黄3区长8特低渗油藏二氧化碳驱油与埋存先导试验

为了评价CO₂驱在长庆油田特低渗油藏中的适应性及应用潜力,中国石油长庆油田进行了CO₂驱油与埋存先导试验技术研究,取得了令人满意的初步效果。在综合对比周边气源条件、油藏条件、现场道路及CO₂试运输的基础上,确定姬源油田黄3区长8油藏为先导试验区块。该区块油藏规模大,油藏条件具有达到混相驱的条件,周边气源丰富,现场道路条件好,属于低渗透开发早期油藏,但水驱开采效率低,开发效果逐年下降。先导试注效果显示:在CO₂驱的作用下,黄3区长8油藏部分油井的日产液量及日产油量明显上升,且含水率下降。与水驱注入压力相比较,CO₂注入压力无明显上升,且不随注入量的多少而变化,说明黄3区长8油藏具有较好的CO₂注入性和良好的吸气能力。同时结果表明,所选取的CO₂注入参数设计基本合理,CO₂驱具有进一步在长庆油田推广的良好前景。然而,由于CO₂注入压力较水驱上升幅度较低,原方案的周期注气方式、注入速率及注入压力上限等仍有实行进一步优化的空间。此外,为了提升试验效果,可逐步扩大试验规模,以便CO₂驱试验在长庆油田范围内的整体性评价分析。     

东海盆地丽水凹陷CO2分布特征及成藏主控因素

基于丽水凹陷钻井和地震资料,综合天然气地球化学参数、基底断裂和岩浆底辟发育特征等,研究丽水凹陷CO₂的分布特征及其成藏主控因素.研究结果表明,丽水凹陷CO₂纵向上主要分布在灵峰组、明月峰组下段及元古界基底片麻岩中,不同层位CO₂的含量差别很大;平面上,温州13-1、丽水35-7和南平5-2 CO₂气藏均位于岩浆底辟体之上或者附近,同时周围亦发育断层,而丽水36-1高含CO₂气藏和LF-1井含CO₂气藏周围底辟不发育,均紧邻灵峰凸起西侧的控洼断裂.丽水凹陷幔源CO₂成藏主要受早中新世和晚中新世两期火山岩浆活动的影响,这两期火山活动将幔源CO₂带到地壳浅层,通过砂体侧向输导进入有利圈闭聚集成藏.      

煤基CO2地质封存对顶板裂缝导流能力影响实验研究

煤基CO₂地质封存是温室气体减排的重要方式,但也存在地下CO₂泄露的安全风险。为了评估煤基CO₂地质封存的安全性,采集沁水盆地南部胡底矿3号煤顶板泥质粉砂岩样品,模拟实验研究“CO₂-H₂O-岩”反应中柱状试样人工裂缝形貌、全岩矿物组成与CO₂导流能力变化。结果表明:方解石脉溶蚀、次生矿物充填与外部有效应力共同影响试样裂缝导流能力。原始渗透率为0.016×10–3μm2的低渗试样,方解石脉溶蚀导致实验前期渗透率升高;随着反应进行,有效应力主导下裂缝闭合,渗透率呈“先升后降”变化趋势;原始渗透率为3.785×10–3μm2的高渗试样,H₂CO₃不断溶蚀裂缝壁面长石等矿物,并产生高岭石等次生矿物混合充填于裂缝中,使渗透率持续降低。煤基CO₂地质封存过程中,较高的注入压力导致顶板产生人工裂缝;CO₂注入施工结束后,次生矿物充填及有效应力增大使裂缝导流能力快速下降,因此,煤中封存CO₂沿顶板裂缝长期泄露的风险较低。      

CO2注入对煤储层应力应变与渗透率影响的实验研究

以沁水盆地成庄矿煤样为研究对象,利用实验室自主研发的CO₂注入与煤层气强化开采实验模拟装置进行不同有效应力和CO₂吸附压力下的煤岩渗透率测试。实验结果表明,煤岩的裂隙压缩系数受到CO₂吸附的影响,初始状态下、亚临界CO₂吸附和超临界CO₂吸附煤样裂隙压缩系数分别为0.066、0.086和0.089。引起裂隙压缩系数改变的原因主要有两方面：CO₂和煤中矿物反应提高了煤基质的不连续性;CO₂软化了煤基质同时降低了煤岩的力学性质。利用考虑吸附应变以及内部膨胀系数的渗透率模型对实测渗透率进行拟合,发现有效应力和内部膨胀系数成正比。CO₂吸附压力和有效应力的增大均提高了煤岩的内部膨胀系数,这影响了煤岩孔裂隙的开度,降低了煤储层的渗透率,并最终降低CO₂在煤储层中的可注性。     

CO2驱提高煤层气开采效果注入参数的实验研究

煤基CO₂地质封存是温室气体减排的重要方式,但也存在地下CO₂泄露的安全风险。为了评估煤基CO₂地质封存的安全性,采集沁水盆地南部胡底矿3号煤顶板泥质粉砂岩样品,模拟实验研究“CO₂-H₂O-岩”反应中柱状试样人工裂缝形貌、全岩矿物组成与CO₂导流能力变化。结果表明：方解石脉溶蚀、次生矿物充填与外部有效应力共同影响试样裂缝导流能力。原始渗透率为0.016×10^–3μm²的低渗试样,方解石脉溶蚀导致实验前期渗透率升高;随着反应进行,有效应力主导下裂缝闭合,渗透率呈“先升后降”变化趋势;原始渗透率为3.785×10^–3μm²的高渗试样,H₂CO₃不断溶蚀裂缝壁面长石等矿物,并产生高岭石等次生矿物混合充填于裂缝中,使渗透率持续降低。煤基CO₂地质封存过程中,较高的注入压力导致顶板产生人工裂缝;CO₂注入施工结束后,次生矿物充填及有效应力增大使裂缝导流能力快速下降,因此,煤中封存CO₂沿顶板裂缝长期泄露的风险较低。