CO2地质封存系统泄漏风险评价

CO₂地质封存是缓解温室效应的重要手段，而封存系统的泄漏风险评价是安全封存的基础。首先，综合分析影响CO₂地质封存系统泄漏的因素，认为诱发泄漏风险的原因主要是CO₂低温冷流体产生对井筒和盖层的交变应力和CO₂-水-岩腐蚀反应综合作用下导致井筒和盖层的完整性失效。考虑多因素综合作用对CO₂地质封存系统泄漏的影响，并基于模糊综合评价理论(FCE)，建立了CO₂泄漏风险因素间的层次关系模型，进行了CO₂地质封存系统泄漏风险评价，其过程包括应用非线性正态隶属函数建立CO₂泄漏风险因素对评语的隶属度矩阵，并应用层次分析方法构建泄漏风险影响因素间的比较矩阵，以获得泄漏风险因素的权重子集，并对给定实例CO₂地质封存系统泄漏风险进行评价，进而得出所评价的CO₂地质封存井筒当前处于泄漏低风险，盖层处于泄漏中风险，封存系统处于泄漏中风险。通过采集CO₂地质封存过程中泄...     

地质封存过程中CO2泄漏途径及风险分析

CO₂捕集和地质封存可望成为减少温室气体排放的重要且有效的方法,但其安全性一直受到广泛关注。在研究各种CO₂地质封存体及其圈闭机理的基础上,根据不同封存体中潜在的泄漏途径及主控因素,结合实例对可能的CO₂泄漏进行了描述和相应的风险分析。研究结果表明,枯竭油气藏的地质封闭性已得到证实,井的失效将是CO₂泄漏的主要途径。通过与提高油气采收率技术相结合,在油气藏中封存CO₂具有一定的经济性,但由于油气田分布不广,封存潜力有限,仅适合于中短期的CO₂处置。深部盐水层分布较广,可选择的圈闭和封存机理较多,泄漏途径和未知因素也较多,泄漏风险较高,但封存潜力巨大,是最具前景的CO₂封存体。煤层通过吸附可达到封存CO₂的目的,但其圈闭机理单一,对煤层压力的依附性较大,且影响未来煤资源的利用,其安全性和经济性相对较差。海底水合物封存方案具有热力学可行性,但海底水合物层埋深浅,地质圈闭性差,CO₂泄漏风险较高,其封存和泄漏机理以及CO₂注入方法有待进一步研究和关注。     

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。     

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...     

全球海上CO2封存现状及中国近海机遇与挑战

海上CO₂封存是碳封存的路径之一。全球已广泛开展的CO₂海洋封存研究与商业示范案例对中国近海盆地CO₂封存研究具有借鉴意义。本文从全球CO₂海洋封存发展现状出发,结合典型CO₂海洋封存示范工程,根据项目背景、政策/资金/技术支持、国际合作以及地质工程特性等相关项目概况,对比分析中国实施CO₂海洋封存项目潜在的机遇与挑战,最后对CO₂海洋封存技术在中国近海的发展进行了展望。未来中国近海盆地CO₂海洋封存研究应从全海域级、盆地级、区带级以及场地级,由面到点、逐级递进、不断聚焦,构建适合中国近海盆地特点评价优选体系标准和相应的客观量化评价方法体系。     

咸水层CO2地质封存测井资料评价研究进展

利用深部咸水层进行CO₂封存是缓解全球气候变暖的有效手段之一,作为获取地层信息最直接的手段,测井资料的应用对深部咸水层的评价至关重要。通过对咸水层评价的文献进行调研,得出咸水层矿化度、电阻率、纵波速度、孔隙度、渗透率以及渗透率各向异性是影响咸水层CO₂溶解机制、储存容量和储存时限的重要因素。其中,咸水层矿化度对咸水层的CO₂溶解机制和储存容量有直接的影响。在调研总结的基础上,重点讨论了咸水层矿化度测井评价方法,针对CO₂地质封存,对比了各种矿化度测井评价方法的优缺点,利用测井方法评价咸水层矿化度可为CO₂在咸水层中的地质封存提供重要的理论指导。     

水驱老井转CCUS注入井风险评价方法

针对大庆敖南油田碳捕获、利用与封存(CCUS)试验区水驱老井转CO₂注入井井筒密封性失效风险高的问题,开展了井筒完整性评价研究。通过试验区老井井况分析,确定了井筒完整性评价技术体系,采用层次分析法确定指标权重。针对以往完整性评价过程对于单一指标评价依靠专家经验法的不足,创新采用数值模拟分析方法,给出了套管及水泥环等单因素风险评价指标确定原则,采用模糊综合评价方法建立了水驱老井转CO₂注入井风险量化分级方法。结果表明:试验区361口注水井中等风险以上井占比41%,需要立即治理或报废处理;对低风险井进一步查套分析,加强监控。建议在国内各大CCUS试验区推广应用注入井风险评价方法及管理理念,为水驱老井的安全运行提供保障。     

井筒完整性监测方法在CCUS中的应用探讨

实施碳捕集、利用和封存(CCUS)技术中,开展补能提效和地下埋存都需要通过井筒进行注入作业,管柱或固井水泥环失效导致CO₂窜漏,会极大影响动态埋存率和驱油效率。从目前多种井下油套管窜漏点测井方法入手,采用氧活化、多参数、噪声测井等综合测井方式,监测注CO₂井的可疑窜漏点,结合实际测井资料及应用效果形成一套准确、高效、可行的综合找漏测井方法。对CO₂封存井筒完整性前期测井评价到中后期泄露监测进行了技术适应性分析,提出了静态先导评估与动态时移监测阶段下的配套方法。经Y27井现场应用,监测出该井1 700 m处为可疑漏点,通过对该点实施化学堵漏后恢复注气。该方法为油气田CCUS项目开展封存监测提供了思路。     

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...     

CO2注采井油管柱服役安全状态评价方法

针对CO₂注采井油管柱因腐蚀失效而频繁更换的问题,研究了适用于CO₂注采井井筒环境的CO₂腐蚀速率预测模型及管柱力学分析方法,分析讨论了CO₂注采井工况、产出液含水率等因素随时间的变化对CO₂注采井油管柱腐蚀速率及承受载荷的影响,结合管柱腐蚀剩余强度计算方法,建立了CO₂注采井油管柱服役安全状态评价方法,并进行了实例计算和比较。结果表明,针对CO₂注采井油管柱腐蚀预测,DW-95模型有较好的适用性,生产阶段为CO₂注采井腐蚀发生主要阶段及安全状态评价的主要对象;管柱安全服役时间与其腐蚀速率及承受载荷呈负相关,且管柱抗压安全服役时间为管柱最小安全服役时间,是安全状态评价的主要依据,以此为标准可确定管柱更换周期,优化CO₂注采井吞吐周期,指导现场安全生产。     

二氧化碳驱替与埋存一体化数值模拟

目前数值模拟无法同时计算CO2在油、气、水相中的分配及水相中溶解CO2对储层物性的影响.针对该问题,应用CO2驱替与埋存一体化数值模拟,通过耦合油气两相闪蒸、CO2在水中的溶解和溶蚀作用,同时模拟CO2在油气水三相中的分配、溶解CO2对储层物性的影响、CO2驱油与埋存全过程.研究结果表明:CO2溶于地层水后形成碳酸溶蚀...     

An Integrated Decision Support System for Management of CO2 Geologic Storage in the Weyburn Field

Geologic storage of CO₂ in depleted oil reservoirs is considered to be an effective approach for both facilitating GHG sequestration and enhancing oil recovery. However, as a potential problem in the long run, risks associated with geological storage of CO₂, such as leakage to the groundwater and atmosphere, might pose significant threats to local communities and surrounding environment. Identification and evaluation of such risks are essential for the long-term management of CO₂ storage. Doing so requires a set of advanced technologies in order to well understand the long-range transportation of CO₂ and its impact mechanisms. This study developed an integrated decision support framework for the Weyburn Field. This system included modules of data management, inexact hybrid numerical simulation, optimization for CO₂ EOR processes, hybrid fuzzy-stochastic risk assessment, and post-modeling analysis. A user-friendly interface was designed through visual language programming. Such an effort would provide project managers with a collection of measures for analyzing and visualizing operations and development of different applicable technologies. Valuable information can be provided to EOR project operators about what might be required for new projects or project expansions and how to go about gathering and using the data they will need.     

CO2泡沫压裂井筒气-液-固三相流动模型

CO₂泡沫压裂技术具有低伤害、易返排、节约水资源等优点,已被广泛应用于非常规油气开采,但目前CO₂泡沫压裂液井筒流动模型大多只考虑气、液两相,忽略了支撑剂固相对CO₂泡沫压裂液流动性的影响。通过体积平均法将支撑剂固相与CO₂泡沫耦合建立气-液-固三相CO₂泡沫压裂液井筒流动计算模型,并与现场压裂井实测温度数据对比,温度平均误差仅为2.7%,验证了模型的正确性。实例计算表明:支撑剂固相会使CO₂泡沫压裂液井筒压力升高,井筒内温度和压力随支撑剂体积浓度的增加而增大,体积分数从0增加到0.3,井底压力增大9.0 MPa;泡沫质量增加会明显增大井筒内CO₂泡沫压裂液温度;增大质量流量会导致温度和压力降低,质量流量增加10 kg/s,井底压力降低5 MPa、温度降低0.4℃。研究成果可以实现CO₂泡沫压裂井筒气-液-固三相流动温度和压力等参数耦合计算。     

沿井筒方向变化的CO_2分压对油管服役时间的影响规律研究

开展沿井筒方向变化的CO_2分压下油管服役时间规律研究,有助于最大限度地延长油管使用年限。为此,将CO_2分压引入Q/HS14015标准腐蚀速率模型中,结合坐封、生产和开发过程中油管服役工况,建立了以油气产量和腐蚀环境为参数的井筒CO_2分压耦合计算模型。应用该模型的计算结果表明:①沿井深方向CO_2分压呈多项式分布,同一井深处,产量越大,CO_2分压越小;②与实测井筒CO_2分压相比,井底段CO_2分压计算值吻合度高,井口段CO_2分压受温度、井筒压力和CO_2摩尔含量降低影响,计算值误差较大;③相同CO_2分压下,腐蚀速率随温度的增加先增大后减小;④CO_2分压与服役时间内油管强度呈反比;⑤一定井深下,相对于温度,CO_2分压对腐蚀后油管强度影响更明显。结论认为:以井筒CO_2分压为基础,结合腐蚀速率和油管坐封、生产和开发过程中所受外挤、内压、拉力服役工况预测油管服役时间的方法,能够进一步优化CO_2腐蚀环境下的油管选材,节约油气井建井成本,在生产中的应用效果也证明了该方法的可行性。     

Screening of Oil Pools on Alaskan North Slope and Phase Behavior Study of Viscous Oil and CO2 System in Conjunction with CO2 Sequestration

Carbon dioxide gas, a greenhouse gas (GHG), is released in the atmosphere by combustion of solid waste, wood, and fossil fuels for energy generation. Due to conspicuous absence of CO₂ sequestration studies for Alaska, the study of CO₂ sequestration options on North Slope has a very important role to play. The screening of the oil reservoirs to evaluate the technical feasibility with respect to their CO₂-EOR potential was performed by calculating the rank of the oil reservoirs with parametric approach. CMG-WinProp® simulator was used to predict phase behavior for CO₂ injection in viscous oil by tuning the equation-of-state.     

低共熔溶剂用于CO2捕集的研究进展

低共熔溶剂(DESs)具有原料廉价易得、化学稳定性好、可设计、合成工艺简单、可循环使用和绿色环保等优点,在CO₂捕集领域受到广泛关注。重点综述了近年来DESs用于CO₂捕集的研究进展,总结了DESs捕集CO₂的能力,分析了DESs捕集CO₂的影响因素和DESs的循环使用性能,归纳了DESs捕集CO₂的机理(包括物理吸收、化学吸收和物理化学协同吸收),并总结了CO₂在DESs中的溶解度计算模型。分析发现,DESs捕集CO₂的影响因素中,温度、压力和水含量(质量分数)均对CO₂的捕集有影响,且DESs的结构是重要的影响因素;大部分DESs可循环使用;CO₂在DESs中溶解度计算模型的建立有效推动了DESs捕集CO₂的进一步发展。最后,指出了DESs捕集分离CO₂所面临的主要问题并对进一步的研究工作进行了分析讨论。     

CO2破岩机理及压裂工艺技术研究

为了明确不同介质注入过程中有效应力的变化规律,揭示超临界CO₂压裂的起裂压力低、穿透距离远、裂缝密度广的力学机理,基于线弹性多孔介质模型,线性分解井筒平面各向应力,引入井筒增压速率,对孔隙压力与附加周向应力进行修正。结合长庆气田致密气特征,集CO₂破岩增压与滑溜水体积压裂双重优势,改进气藏地质储量容积差值法,优化CO₂注入量,根据井下压力计监测数据分析动态滤失平衡点,优化CO₂施工排量,研发防冻隔离液,开发单机组作业流程,攻关形成前置CO₂蓄能压裂技术。计算结果表明：液态CO₂压裂的起裂压力降低了69.2%,超临界CO₂压裂的起裂压力降低了75.5%。在鄂尔多斯盆地东部开展先导性试验6口井,一次喷通率100%,平均试气产量7.59万m³/d,为长庆气田探索出了新的技术增产途径。     

珠江口盆地深水区CO_2成因、分布规律与风险带预测

深水区油气勘探高成本要求尽量规避CO_2风险,其风险带的分布预测属世界性难题。在珠江口盆地CO_2和伴生稀有气体组分与同位素组成分析的基础上,查明CO_2来源(幔源岩浆脱气)和成因;在火成岩年龄和气藏40 Ar/36 Ar计算获得的CO_2生成年龄双重约束下,运用与CO_2包裹体同期盐水包裹体均一温度—埋藏史投影法估算了CO_2气藏的充注年龄(14.5~0.3Ma);通过其运聚模式、分布规律分析与总结,发现了其具有新生代火成岩展布、断裂展布和砂岩输导体系展布及CO_2聚集时限与圈闭形成时空匹配关系等4个主控因素。根据揭示的这一分布规律,预测了深水区恩平组、珠海组和珠江组存在多个NNW向分布的高CO_2风险带,从而为珠江口盆地下一步油气勘探部署规避高CO_2风险带提供了依据。