CO2-水作用下页岩微观孔隙结构变化特征

为明确注CO₂提高页岩气开采过程中CO₂与水作用后对页岩微观孔隙结构的影响，采用X射线衍射、低温N₂吸附和低场核磁共振等实验方法，研究了原始页岩及纯盐水、注入压力为6和12 MPa的CO₂水溶液浸泡后页岩的矿物组成、孔径分布和微观孔隙结构变化特征，并结合分形理论，获取了孔表面和孔体积的分形特征，明确了页岩中吸附孔隙和渗流孔隙的变化特征。结果表明：CO₂水溶液浸泡后，页岩中石英含量增大，黏土矿物和碳酸盐含量降低；随着CO₂注入压力的增加，微孔比表面积和总比表面积减小，平均孔径、核磁孔隙度和大孔孔体积比例增大，表明在CO₂水溶液的溶解作用下微孔和介孔逐渐向大孔转化；低温N2吸附和核磁共振(NMR)获得的分形维数均随CO₂注入压力的增加逐渐降低，表明页岩在CO₂水溶液浸泡后孔隙结构的非均质性和复杂性降低；孔表面分形维数DL1、DN1和孔体积分形维数DL2、DN2与总比表面积和总孔质量体积呈正相关性...     

密相/超临界CO2管道全尺寸爆破试验综述

密相/超临界CO₂管道止裂韧性预测是世界范围内研究的热点和难点问题,目前已有的止裂韧性预测模型尚不能准确预测密相/超临界CO₂管道的止裂韧性。超临界CO₂管道全尺寸爆破试验是确定超临界CO₂管道止裂韧性的最佳方法,目前全球范围内仅有11次超临界CO₂管道全尺寸爆破试验,国内尚属空白。从基本情况、试验工况和参数、试验目的和结果等几个主要方向细致分析、总结和对比现有CO₂管道全尺寸爆破试验,为后续国内CO₂管道全尺寸爆破试验的开展提供理论指导和数据支撑,为CO₂管道设计和工程应用提供有力的参考依据。     

超临界CO2管道破裂泄漏影响探讨

近年来,随着碳捕集与封存的需求不断提高,CO₂输送管道成为关键支撑,大规模发展趋势明显。相比气态输送,长距离CO₂输送管道采用超临界输送模式经济性更好,但具有泄漏后压力台阶较高、管道止裂韧性要求较高、泄漏后果与油气介质不同等显著特点。尤其对于超临界CO₂管道泄漏问题,受CO₂密度大于空气、具有窒息性等特性影响,泄漏后果分析日益受到关注,值得深入研究。目前,国内外已经发布了相关CO₂管道输送技术规范,但未见对泄漏后果定量分析方法与临界阙值指标的明确要求,对工程设计的详细指导尚显不足,且鲜有与实验测试结果分析比对的探讨。基于CO₂相态特点,结合超临界CO₂输送特点,探讨了超临界CO₂泄漏后果的安全阙值选取问题,开展了国外超临界CO₂管道破裂实验的深度调研,比对性地开展了超临界泄漏后果模拟分析。研究表明,推荐选择摩尔浓度4%作为CO₂线路管道破裂影响范围评价浓度值;国外大规模...     

超临界CO2压裂井筒传热规律

为了优化超临界CO₂压裂工艺技术和施工参数,考虑到井筒温压变化与CO₂物性之间的相互影响与作用,基于CO₂物性模型,建立CO₂压裂井筒压降、传热耦合数学模型,通过现场压裂施工数据验证模型准确性,进行耦合计算和井筒传热规律分析。研究表明:不同排量下,油管内温度分布均明显低于地层原始温度,且随着排量增加,井筒温度出现了先减小后增加的变化趋势;井底温度随着注入温度的增大而增大,且较高排量下,井底温度随注入温度的变化更加显著;井口压力增加对井底温度的影响很小,在工程上可以忽略其影响;不同排量下,井底温度均随着注入时间的增大而降低,且降幅随着注入时间增大逐渐减小;加入降阻剂会显著降低油管内温度,且不同排量下,降阻后井筒温度差异较小。该研究对于CO₂压裂设计优化及现场施工具有重要指导意义。      

X区块注CO2和N2提高反凝析油采收率机理研究

通过对X区块原始地层流体的相态分析,确定了该区块为近临界凝析气藏。该区块一直采用衰竭式开采方式,气藏原始地层压力为27MPa,自开采以来至2012年8月地层压力下降为10MPa,已低于露点压力,反凝析加剧,地层污染加重,并造成大量的凝析油损失。利用该凝析气田附近所具有的高纯CO2气藏气,探索注CO2气开发方式改善和提高凝析油气的采收率具有技术进步意义。通过对CO2和N2两种注入气与地层流体膨胀实验数据的对比研究,得到CO2与地层流体的增溶膨胀能力、混相能力等相态配伍性较好且优于N2。在CO2与目前地层凝析油混相能力研究中发现在19.3MPa下CO2能与目前凝析油达到混相,CO2与目前地层凝析油容易达到混相,故开采时只要通过先期注CO2把目前地层压力提高至19.3MPa以上,就可实现混相驱提高凝析油的采收率。     

超临界CO2输送管道泄漏监测系统研究

为了减少超临界CO₂输送管道泄漏产生的危害,有必要研究监测泄漏的方法。超临界CO₂管道输送是碳捕集、利用和封存(Carbon Capture, Utilization and Storage, CCUS)全产业链中的关键环节,由于CO₂具有较高焦耳—汤姆逊系数,泄漏中温度大幅下降会使管道韧性下降,极可能造成管道脆性断裂扩展,导致管道断裂和介质泄漏扩散。对超临界CO₂输送管道泄漏特性进行分析,提出了管道泄漏监测和站内泄漏监测的方法、相关仪表选型、报警点的设置及处理方案。研究成果可为超临界CO₂输送管道泄漏监测系统设计提供参考。     

超临界CO2压裂缝内支撑剂运移规律

为了优化超临界CO₂压裂工艺技术和施工参数,考虑超临界CO₂压裂液中支撑剂颗粒之间相互作用,采用欧拉-拉格朗日方法中的多相质点网格方法,建立超临界CO₂压裂缝内支撑剂运移数学模型,通过室内水力压裂支撑剂运移物模实验验证模型准确性,进行超临界CO₂压裂缝内支撑剂运移规律计算和分析。研究表明:未增黏CO₂由于黏度低,携砂效果极差,优化其他参数对携砂效果影响不大;CO₂黏度增加到2.5 mPa·s即可有效提高携砂效果,采用超轻支撑剂与细尺寸颗粒组合,携砂效果与增黏到10 mPa·s效果相差不大;优化支撑剂密度比尺寸对携砂效果提高更为明显;增大排量可以提高携砂效果,但排量继续增大,其携砂效果变化较小;流体滤失对CO₂携砂效果影响变化不大。该研究为解决CO₂携砂性能差的问题提供了技术支撑,对超临界CO₂压裂设计优化及现场施工具有重要指导意义。      

人工裂缝参数对CO2-ESGR中CO2封存和CH4开采的影响

目的 页岩储层中的裂缝系统对CH₄产量和CO₂封存量有着重要的影响,不同的储层地质特征有其对应的最优压裂方案。对鄂尔多斯盆地延长组页岩储层人工裂缝参数对CO₂封存和CH₄开采的影响进行分析。方法 基于鄂尔多斯盆地延长组页岩储层地质条件建立了页岩基质-裂缝双孔双渗均质模型,分析CO₂增强页岩气开采技术(CO₂-ESGR)中人工裂缝半长、裂缝宽度、裂缝高度、裂缝间距和裂缝数量对CO₂封存量和CH₄产量的影响。结果 CO₂封存量和CH₄产量与裂缝半长、裂缝宽度和裂缝高度呈正相关,其中裂缝宽度的影响最大,从5 mm增加到25 mm时,最多可使CO₂封存量和CH₄产量分别增加112.69%和87.11%。裂缝间距和裂缝数量增加可提高CO₂封存量和CH₄产量,但水平井长度相同时裂缝数量增加对CO...     

致密砾岩储层与CO2作用机理及控制因素实验研究

新疆油田530井区克下组致密砾岩储层具有复杂的复模态孔隙结构,富含火山凝灰岩,铁质含量高,目前CO2驱矿场试验效果难预测。以该储层为研究对象,利用铸体薄片、矿物组分、元素分析、离子浓度分析、核磁共振等手段,通过室内实验,对比了岩石碎块、岩石粉末、岩心段塞与CO2反应前后矿物组分、孔隙结构、流体离子浓度等参数的变化,并从岩石矿物组分、粒径、物性及孔隙结构和反应时间等方面对反应控制因素进行探讨。研究结果表明：CO2的注入对储层的影响整体较小。矿物组分的变化表现为石英、黏土矿物相对含量增加,长石、碳酸盐矿物相对含量减少,以及铁质矿物溶解后再次沉淀;元素和孔隙结构变化较小,孔隙度平均变化小于0.5%;液相中Ca2+和Mg2+质量浓度变化相对较大,新增的Al3+,Fe3+,Si4+等质量浓度变化较小。CO2与储层岩石间相互作用机理为长石、方解石的溶蚀以及铁质矿物的先溶蚀后沉淀。储层岩石方解石含量越高,反应后孔隙结构变化越大;反应后Ⅱ类储层孔隙结构变化大于Ⅲ类储层;岩石粉末反应速率强于岩石碎块;随时间的推移,反应在0~7 d内达到平衡,期间以溶蚀作用为主,反应在7~30 d内各组分变化较小,存在Al（OH）3和Fe（OH）3 的沉淀作用。     

超临界CO2协助聚烯烃功能化接枝改性的研究进展

综述了超临界CO2(SC-CO2)协助聚烯烃后功能化接枝改性过程中的溶胀条件和渗透机理。SC-CO2协助固相接枝技术能明显改善接枝产物的均匀性,使后处理工艺简单,是很有发展前景的聚烯烃功能化改性的方法。     

超临界CO2管道输送流动保障分析要点探讨

近年来,随着碳捕集与封存的需求不断提高,CO₂管道成为关键支撑,大规模发展趋势明显。CO₂管道可采用气相、超临界相或密相输送的方式。相比气相输送,长距离CO₂管道采用超临界输送模式具有更好的经济性。与常规油品输送相比,超临界CO₂在输送过程中存在水击超压、热膨胀超压、降压相变、相变低温等问题,受超临界CO₂物性特点、输送工艺等影响,超临界CO₂流动保障值得系统性探讨。基于超临界CO₂输送工艺与运行特点,识别了超临界CO₂管道输送流动保障分析要点,探讨了超临界CO₂与常规油品的水击超压、热膨胀超压问题,具体开展了超临界CO₂计划性放空管体相态与温度分布研究。研究表明：超临界CO₂管道水击超压影响相对较小,但存在水击点下游降压相变风险;超临界CO₂管道停输后存在热膨胀超压风险;受地形影响,超临界CO₂管道计划...     

超临界CO2中烷基聚醚的溶解规律研究

通过浊点压力实验考察了温度、聚合度、烷基链长度以及烷基聚醚含量对烷基聚醚在超临界CO₂中溶解度的影响,采用分子动力学模拟计算分析了烷基聚醚分子间相互作用、烷基聚醚和CO₂之间的相互作用,并探索了烷基聚醚与CO₂的微观相溶规律。实验结果表明,温度升高,烷基聚醚在超临界CO₂中的溶解度减小,烷基聚醚与CO₂之间的亲和性降低;在分子中引入聚氧丙烯基团有利于提高烷基聚醚在超临界CO₂中的溶解度,但存在最佳聚合度范围。十二烷基聚氧丙烯醚比十二烷基聚氧乙烯醚的溶解度参数小,分子间相互作用更弱,且在超临界CO₂中更分散,与CO₂的相互作用能更大,使其与CO₂亲和性更强,浊点压力更低,溶解度更好。     

高压CO2管道泄漏动态压力计算模型研究

高压CO₂管道运行过程中可能因为腐蚀或外部因素发生泄漏,由于CO₂相态复杂,管内压力相应产生复杂动态响应变化,管内压力动态变化规律对于减压波预测、管材韧性止裂具有重要影响。为研究不同工况下管道泄漏过程中管内压力变化特性,基于等熵原理建立了高压CO₂管道泄漏管内动态压力计算模型,并结合工业规模CO₂管道泄漏实验数据以及HYSYS软件计算结果对模型进行了验证。结果表明：相比HYSYS软件,新建模型对于高压CO₂管道泄漏过程压降的预测与实验结果更吻合,平均预测误差为3.9%,表明新建模型可以准确预测高压CO₂管道泄漏过程管内压力的动态响应变化规律。研究成果可为高压CO₂管道泄漏过程管内动态减压特征预测提供理论支撑。     

超临界CO2压裂技术现状与展望

以水基压裂液开发非常规油气过程中所面临的问题为背景，总结了超临界CO₂压裂技术的独特优势、技术特点、工艺流程及其作业机制。全面分析了超临界CO₂压裂技术的起源、超临界CO₂压裂岩石起裂机制、缝内携砂规律、井筒流动与控制、压裂设备及现场试验等研究发展现状，得到了当前阻碍该技术工业化应用的关键问题，并给出了相应对策。针对超临界CO₂压裂岩石起裂机制的研究多为现象性描述，未来应重视理论分析与模拟实验相结合，给出定量评价方法；超临界CO₂缝内携砂能力的研究除了加强增黏剂方向的攻关力度外，研发纳米纤维实现物理增黏、开发新型低密度支撑剂、提高施工设备技术参数等也是有益的工作。未来超临界CO₂压裂技术将逐渐由直井单层压裂向水平井多级压裂发展并与连续油管拖动压裂相结合，逐渐满足页岩气、煤层气、致密砂岩气等非常规油气的规模化开发需求。     

页岩储层超临界CO2压裂液滤失规律实验研究

压裂施工过程中,压裂液的滤失量是影响压裂裂缝几何形态和压裂效果的主要因素,但目前中国还没有对页岩储层超临界CO₂压裂液滤失规律实验方面的报道。因此,结合中国典型页岩气储层特征,研究了非线性滤失条件下,不同初始相态的CO₂压裂液在地层岩心中的滤失规律,在此基础上分析了CO₂压裂液滤失规律的主要影响因素,以及不同实验条件下CO₂压裂液的滤失机理。实验结果表明,CO₂压裂液的滤失规律受注入压力、压差、裂缝开启度及压裂液黏度等因素的影响,随着注入压力、压差、裂缝开启度的增大,CO₂压裂液滤失速率增大;不同滤失实验条件下,影响CO₂压裂液滤失规律的主导因素不同,当CO₂压裂液处于超临界状态(7.38 MPa,31.1℃)时,由于黏度较大,超临界CO₂压裂液的滤失系数相对较小。      

基于含硅类增稠剂的新型超临界CO2压裂液的流变特性及岩心伤害评价

针对超临界CO₂压裂液黏度低、携砂能力差的应用现状合成了含硅类增稠剂,并研究了超临界CO₂压裂液的流变特性及岩心伤害情况,旨在为增稠剂的优选以及现场压裂施工提供参考依据。通过溶液聚合法室内合成了聚甲基倍半硅氧烷PMSQ和聚甲基倍半硅氧烷-醋酸乙烯酯PMSQ-VAc二元共聚物增稠剂,采用红外光谱测试验证了增稠剂样品的主要官能团,运用高压长管管流实验法测试了超临界CO₂压裂液的增黏效果及其流变特性,最后评价了超临界CO₂压裂液在人造裂缝天然长岩心中的滤失性、岩心伤害率。研究结果表明,随着温度、压力的升高,2种增稠剂的增黏效果均先增大后减小;随着增稠剂注入量的增大,2种CO₂压裂液的黏度先增大后减小;在超临界CO₂流体中,PMSQ-VAc的增黏效果相对较好,可使其黏度最大达到3.892 mPa·s;在渗透率为0.551 mD的岩心中,PMSQ-VAc与超临界CO₂流体混合后压裂液的滤失系数为1.435×10-2 m/min1/2,滤失速度为0.010 m/min,岩心的伤害率为16.33%~25.36%,滤失系数和滤失速度较小,伤害程度属弱。      

超临界CO2压裂迂曲裂缝内支撑剂运移特征

在“双碳”目标引领和水力压裂受水资源影响下,超临界 CO₂压裂是发展的主要趋势。为了明确支撑剂在超临界 CO₂致裂裂缝内的运移特征,利用激光形貌扫描技术对超临界 CO₂压裂后的岩石裂缝面进行重构,结合 CFD—DEM 方法建立了迂曲裂缝内超临界 CO₂携砂运移模型,对比平板裂缝分析了迂曲裂缝内支撑剂的运移和铺置特征,研究了支撑剂密度、携砂液注入速度和砂比等关键参数对支撑剂在裂缝内输送和分布的影响。研究结果表明 ：(1)相较于平板裂缝,迂曲裂缝中的超临界 CO₂携砂液流动路径具有曲折和多变的特点,支撑剂运移时在横向和纵向上具有更强的波动性和跳跃性 ;(2)支撑剂在迂曲裂缝内的铺置形态呈现出波浪状甚至簇团状的非均匀分布特征 ;(3)低密度支撑剂在迂曲裂缝内具有更好的通过性,高注入速度能够降低迂曲裂缝结构对支撑剂堵塞的影响 ;(4)迂曲裂缝中过低的注入砂比并不能够获得好的裂缝支撑效果,模拟条件下最优值在 3% 附近。结论认为,模拟实验研究结果对认识超临界 CO₂...     

珠江口盆地CO2地质封存适宜性GCA评价

珠江三角洲地区CO₂大量集中排放,利用毗邻的珠江口盆地进行CO₂地质封存是破解区域经济发展与降碳需求矛盾的重要途径。本文以珠江口盆地7个二级构造单元,即北部隆起、珠一坳陷、珠三坳陷、中央隆起、珠二坳陷、南部隆起、潮汕坳陷为研究对象,基于构造、沉积、储盖组合、地温、热流等条件,采用灰色关联分析法对7个评价单元的CO₂封存适宜性进行综合评价,同时结合层次分析法计算评价因子权重。研究建立了3个准则层、8个指标的评价指标体系,该指标体系的建立对珠江口盆地筛选CO₂封存有利靶区具有借鉴意义;珠一坳陷关联度最大,具有较好的封存适宜性,是开展CO₂地质封存的首选区域。本文研究成果为珠江三角洲地区开展CO₂地质封存指明了方向。     

基于含硅类增稠剂的新型超临界CO2压裂液的流变特性及岩心伤害评价

针对超临界CO2压裂液黏度低、携砂能力差的应用现状合成了含硅类增稠剂,并研究了超临界CO2压裂液的流变特性及岩心伤害情况,旨在为增稠剂的优选以及现场压裂施工提供参考依据。通过溶液聚合法室内合成了聚甲基倍半硅氧烷PMSQ和聚甲基倍半硅氧烷-醋酸乙烯酯PMSQ-VAc二元共聚物增稠剂,采用红外光谱测试验证了增稠剂样品的主要官能团,运用高压长管管流实验法测试了超临界CO2压裂液的增黏效果及其流变特性,最后评价了超临界CO2压裂液在人造裂缝天然长岩心中的滤失性、岩心伤害率。研究结果表明,随着温度、压力的升高,2种增稠剂的增黏效果均先增大后减小;随着增稠剂注入量的增大,2种CO2压裂液的黏度先增大后减小;在超临界CO2流体中,PMSQ-VAc的增黏效果相对较好,可使其黏度最大达到3.892 mPa·s;在渗透率为0.551 mD的岩心中,PMSQ-VAc与超临界CO2流体混合后压裂液的滤失系数为1.435×10-2 m/min1/2,滤失速度为0.010 m/min,岩心的伤害率为16.33%~25.36%,滤失系数和滤失速度较小,伤害程度属弱。     

底水砂岩气藏注CO2驱气提高采收率机理及埋存效果

注CO₂已被广泛应用于提高油气藏采收率,但有关底水砂岩气藏注CO₂驱及CO₂埋存协同开发的研究较少,气态CO₂和超临界态CO₂驱替天然气的机理和差异尚不明确。为了改善底水砂岩气藏水侵情况和明确气态与超临界态CO₂驱提高采收率及CO₂埋存机理,以X底水砂岩气藏为例,开展了注CO₂驱适宜度评价,提出了X气藏CO₂驱最优开发方案,并对比了气态和超临界态CO₂驱提采机理和效果,最后对注CO₂驱最优方案开展了生产及埋存预测。研究结果表明：(1) X气藏适合进行注CO₂驱,注CO₂提高采收率的最优方案即注采井网为低注高采、关井时机为采出气CO₂浓度达10%～20%、转注时机为地层压力7.5 MPa、压力恢复水平为地层压力7.5 MPa、注气速度为3.5×10⁴ m^...