提高低渗透低孔隙地区CO2注入性的方法初探

论文摘要

在利用CCS技术过程中,不可避免的会遇到低孔隙低渗透地区的注入性较差的问题。处理这类潜在储层时,可以借鉴油田开发中经常采用压裂酸化的手段,使地层的渗透性和孔隙度得到改善。但相比油田开发这种经济上高收益高回报的行业,CO2减排是一个经济投入高但回报较低的行业,对储层本身性质的改造无疑会进一步加重减排成本。所以本文的关注点在于如何在不改变储层本身条件的前提下,通过改变灌注速率或控制注入压力等工程手段来提高此类地区的注入性。本文所指的储层注入性是指在使储层（井孔）压力增加尽可能小的前提下,使CO2尽可能多地进入储层。本文着重采用了数值模拟技术,设计了四种常规方案（定压20MPA和18MPA,定速10万吨/年和5万吨/年）和一种探索方案（变速6万吨/年）,计算系统最大压力变化,CO2在某时刻在系统各层中储存的状态及质量、系统中总CO2储存最大密度及所在网格,对封存地层和封存效果进行全面的评价。本文利用TOUGH2-MP/ECO2N软件对灌注过程进行大规模的模拟。对各方案的灌注总量、井孔压力变化、储盖层特性、系统压力、CO2气相饱和度、水溶相CO2质量分数七个方面进行模拟计算,依此作为地层理论封存能力和封存效果评价的基础。在对五个方案进行模拟的过程中,本文分以上七个方面对各个方案之间的优劣性进行了对比,并从总体角度对储层的封存能力和封存效果进行量化分析。灌注总量方面,定压20MPA方案注入的总量最大。定速灌注的两个方案的井孔压力变化初期较为剧烈,后期趋向于稳定。当灌注终止后,定速灌注的气相CO2质量分数逐渐降低,而水溶性CO2含量逐渐升高,说明CO2存储形式向更有利于长期封存的转变,而定压灌注系统中CO2的这种变化趋势不如定速方案明显。通过计算可知,五种方案中盖层中CO2含量一直保持较低状态,表明模拟系统中储盖性能较好,可以安全的长期存储。在灌注期结束后,系统的压力也逐步恢复至初始状态。系统气相CO2的饱和度和水溶相CO2的质量分数系统中的分布类似,水平范围基本无差别,垂直向范围有所扩大,但并没有越过最上层盖层,表明系统整体封闭性良好。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 国外CCS 研究现状
• 1.2.2 国内CCS 研究现状
• 1.3 研究内容及科学意义
• 1.4 技术路线
• 2灌注及封存原理'>第二章 深部盐水层中CO₂灌注及封存原理
• 2 的储存条件'>2.1 深部灌注的CO₂的储存条件
• 2 的状态'>2.1.1 深部封存的CO₂的状态
• 2 的深部地质存储介质'>2.1.2 CO₂的深部地质存储介质
• 2 的封存机理'>2.2 盐水层中CO₂的封存机理
• 2 的存储模式'>2.2.1 盐水层中CO₂的存储模式
• 2 的密度变化'>2.2.2 封存的CO₂的密度变化
• 2 的对流'>2.2.3 深部盐水层中CO₂的对流
• 2.3 深部储层和盖层特性
• 2.3.1 深部储层的特性
• 2.3.2 深部盖层的特性
• 2 的选址'>2.4 地质封存CO₂的选址
• 2地质储存数值模拟软件的选取'>第三章 CO₂地质储存数值模拟软件的选取
• 3.1 TOUGH2 软件的选取
• 3.2 TOUGH2 的基本控制方程
• 2 混合物物相分析与热物理学特征'>3.3 水-盐-CO₂混合物物相分析与热物理学特征
• 第四章 模型的建立
• 4.1 地质模型
• 4.1.1 垂直方向的网格剖分
• 4.1.2 水平方向的网格剖分
• 4.1.3 MESH 文件的生成
• 4.2 设定初始条件
• 4.3 边界条件
• 第五章 模拟灌注方案的设计
• 5.1 定速10 万吨/年的模拟灌注
• 5.1.1 方案的设计
• 5.1.2 模拟结果
• 5.2 定速5 万吨/年的模拟灌注
• 5.2.1 方案的设计
• 5.2.2 模拟结果
• 5.3 定压20Mpa 的模拟灌注
• 5.3.1 方案的设计
• 5.3.2 模拟结果
• 5.4 定压18Mpa 的模拟灌注
• 5.4.1 方案的设计
• 5.4.2 模拟结果
• 5.5 变速6 万吨/年的模拟灌注
• 5.5.1 方案的设计
• 5.5.2 模拟结果
• 第六章 结论及建议
• 6.1 灌注总量
• 6.2 井孔压力
• 6.3 储层及盖层特性
• 6.4 系统压力
• 2 质量占总量比例'>6.5 气相CO₂质量占总量比例
• 2 质量分数'>6.6 水溶相CO₂质量分数
• 6.7 问题与建议
• 致谢
• 参考文献