CO2驱与埋存中流体运移监测方法与结果
二氧化碳驱油技术
目前，世界上大部分油田仍采用注水开发，这就面临着需要进一步提高采收率和水资源缺乏的问题。
对此，国外近年来大力开展二氧化碳驱油提高采收率技术的研发和应用。
这项技术不仅能满足油田开发的需求，还可以解决二氧化碳的封存问题，保护大气环境。
该技术不仅适用于常规油藏，尤其对低渗、特低渗透油藏，可以明显提高原油采收率。
一、二氧化碳驱油技术二氧化碳驱油，是一种把二氧化碳注入油层中以提高油田采收率的技术。
标准状况下，二氧化碳是一种无色、无味、比空气重的气体，密度是1.977克/升。
当温度压力高于临界点时，二氧化碳的性质发生变化：形态近于液体，黏度近于气体，扩散系数为液体的100倍。
这时的二氧化碳是一种很好的溶剂，其溶解性、穿透性均超过水、乙醇、乙醚等有机溶剂。
如果将二氧化碳流体与待分离的物质接触，它就能够有选择性地把该物质中所含的极性、沸点和分子量不同的成分依次萃取出来。
萃取出来的混合物在压力下降或温度升高时，其中的超临界流体变成普通的二氧化碳气体，而被萃取的物质则完全或基本析出，二氧化碳与萃取物就迅速分离为两相，这样，可以从许多种物质中提取其有效成分。
二氧化碳驱油一般可提高原油采收率7%~15%，延长油井生产寿命15~20年。
在二氧化碳与地层原油初次接触时并不能形成混相，但在合适的压力、温度和原油组分的条件下，二氧化碳可以形成混相前缘。
超临界流体将从原油中萃取出较重的碳氢化合物，并不断使驱替前缘的气体浓缩。
于是，二氧化碳和原油就变成混相的液体，形成单一液相，从而可以有效地将地层原油驱替到生产井。
应用混相驱油提高石油采收率的一个关键性参数是气体与原油的最小混相压力（MMP），MMP是确定气驱最佳工作压力的基础。
一般情况下，因为混相驱油比非混相驱油能采出更多的原油，所以希望在等于或略高于MMP下进行气驱。
如果压力远高于MMP,就容易造成地层破裂，无法保障生产过程的安全性，其结果是不仅不能大幅度提高原油产量，还会降低经济效益。
CO2驱油与埋存技术新进展
第30卷第2期油气地质与采收率Vol.30,No.22023年3月Petroleum Geology and Recovery EfficiencyMar.2023—————————————收稿日期：2022-08-31。
作者简介：陈欢庆（1979—），男，陕西咸阳人，高级工程师，博士，从事CO 2驱油与埋存研究工作。
E-mail ：******************。
基金项目：国家科技重大专项“CO 2驱油与埋存关键技术”（2011ZX05016-006）。
文章编号：1009-9603（2023）02-0018-09DOI ：10.13673/37-1359/te.202208048CO 2驱油与埋存技术新进展陈欢庆（中国石油勘探开发研究院，北京100083）摘要：碳达峰和碳中和发展战略以及社会经济发展对石油等能源需求量的持续增长，为CO 2驱油与埋存技术带来了巨大的发展机遇，也提出了前所未有的挑战。
从目前中外CO 2驱油与埋存研究现状入手，通过CO 2驱油与埋存机理和影响因素分析，提出了CO 2驱油与埋存存在的问题和发展方向。
结合实践将CO 2驱油与埋存研究内容总结为目标优选、相关机理实验研究、方法技术攻关、经济性评价、安全性评价和现场实践等6方面。
CO 2驱油与埋存存在的问题主要包括：CO 2驱油与埋存应用的油藏类型还非常有限，CO 2气田分布特征及其与CO 2驱油与埋存目标油藏之间的时空匹配关系研究还未引起足够重视，CO 2驱油与埋存机理等研究还存在诸多问题，CO 2驱油与埋存方案设计有待优化，CO 2驱油与埋存经济有效性评价体系尚未建立，CO 2埋存安全性跟踪评价还存在一系列问题。
对应的CO 2驱油与埋存技术研究未来发展方向包括：探索攻关CO 2驱油与埋存适用油藏类型和开发阶段，CO 2气田分布规律及其与适合CO 2驱油与埋存油藏之间的时空匹配关系研究，CO 2驱油与埋存机理研究持续攻关，CO 2驱油与埋存方案优化设计，CO 2驱油与埋存经济有效性评价和CO 2埋存安全性跟踪监测评价。
中国CO2驱油与埋存技术及实践
石油勘探与开发716 2019年8月PETROLEUM EXPLORATION AND DEVELOPMENT Vol.46 No.4 文章编号：1000-0747(2019)04-0716-12 DOI: 10.11698/PED.2019.04.10中国CO2驱油与埋存技术及实践胡永乐1，郝明强1，陈国利2，孙锐艳2，李实1（1. 中国石油勘探开发研究院，北京 100083；2. 中国石油吉林油田公司，吉林松原 138000）基金项目：国家科技重大专项“CO2捕集、驱油与埋存关键技术及应用”（2016ZX05016）摘要：系统阐述近年来中国CO2驱油和埋存理论及技术的最新进展，并提出了下一步发展方向。
基于陆相油藏地质特征，发展和形成了5个方面的理论和关键技术：①丰富了对陆相油藏CO2与原油间的组分传质特征、微观驱油和不同地质体埋存机理的认识；②形成了CO2驱油藏工程参数设计、注采调控、开发效果评价等油藏工程技术系列；③发展了CO2分层注气工艺、高效举升工艺、井筒腐蚀在线监测与防护等采油工程技术系列；④创新了CO2捕集、管道输送、地面注入、产出气循环注入等地面工程技术系列；⑤形成了CO2驱油藏监测、安全环保评价等配套技术系列。
在此基础上提出了下一步技术发展方向：①突破低成本CO2捕集技术，提供廉价的CO2气源；②改善CO2与原油之间混相的技术，提高驱油效率；③研发提高CO2波及体积技术；④研制更高效举升工具和技术；⑤加强CO2埋存监测基础理论研究和关键技术的攻关。
吉林油田的实践表明CO2驱油与埋存技术在中国具有广阔的应用前景。
图4表5参36关键词：陆相油藏；CO2驱油与埋存；提高采收率；油藏工程；注采工程；地面工程；发展方向中图分类号：TE327 文献标识码：ATechnologies and practice of CO2 flooding and sequestration in ChinaHU Yongle1, HAO Mingqiang1, CHEN Guoli2, SUN Ruiyan2, LI Shi1(1. Research Institute of Petroleum Exploration & Development, PetroChina, Beijing 100083, China;2. Jilin Oilfield Co. Ltd., PetroChina, Songyuan 138000, China)Abstract:The latest advancement of CO2 flooding and sequestration theory and technology in China is systematically described, and the future development direction is put forward. Based on the geological characteristics of continental reservoirs, five theories and key technologies have been developed: (1) Enriched the understandings about the mass transfer characteristics of components between CO2 and crude oil in continental reservoirs, micro-flooding mechanism and sequestration mechanism of different geological bodies. (2) Established the design method of reservoir engineering parameters, injection-production control technology and development effect evaluation technology of CO2 flooding, etc. (3) Developed a series of production engineering technologies such as separated layer CO2 injection technology, high efficiency lifting technology, on-line wellbore corrosion monitoring and protection technology. (4) Innovated a series of surface engineering technology including CO2 capture technology, pipeline CO2 transportation, CO2 surface injection, and production gas circulation injection, etc. (5) Formed a series of supporting technologies including monitoring, and safety and environmental protection evaluation of CO2 flooding reservoir. On this basis, the technological development directions in the future have been put forward: (1) Breakthrough in low-cost CO2 capture technology to provide cheap CO2 gas source; (2) Improve the miscibility technology between CO2 and crude oil to enhance oil displacement efficiency; (3) Improve CO2 sweeping volume; (4) Develop more effective lifting tools and technologies; (5) Strengthen the research of basic theory and key technology of CO2 storage monitoring. CO2 flooding and sequestration in the Jilin Oilfield shows that this technology has broad application prospects in China.Key words:continental reservoirs; CO2 flooding and sequestration; enhanced oil recovery; reservoir engineering; injection and production engineering; surface engineering; development direction引用：胡永乐, 郝明强, 陈国利, 等. 中国CO2驱油与埋存技术及实践[J]. 石油勘探与开发, 2019, 46(4): 716-727.HU Yongle, HAO Mingqiang, CHEN Guoli, et al. Technologies and practice of CO2 flooding and sequestration in China[J].Petroleum Exploration and Development, 2019, 46(4): 716-727.0 引言气候变化与温室气体减排越来越受到国际社会的关注。
CO2地质埋存监测石大学报2011-11-19
文章编号：2011225CO2地质埋存监测技术及其应用分析任韶然1 任博1 李永钊1 张亮1 康万利1刘运成2 陈国利2 张华2( 1. 中国石油大学石油工程学院，山东青岛 266555;2. 吉林油田勘探开发研究院，吉林松源 138000）摘要：CO2地质埋存监测是评估和保障CO2注入和埋存安全的重要手段。
本文在阐述监测目的和意义的基础上，描述了监测系统及相应的监测技术，包括储层、盖层和周围环境。
针对地震、重力测试、井流体取样、示踪剂及CO2泄露等主要监测技术对其原理、特点和应用进行了分析，最后概括总结了监测技术的研究进展和发展趋势。
研究表明，示踪剂、井流体取样和测井技术是监测储层内流体运移和CO2状态以及油藏和井完整性的有效手段，土壤气体分析和大气监测能够有效的监测CO2泄漏和地表环境。
监测系统的优化设计要结合监测目的和储层条件，根据现有的技术水平及应用经验，合理筛选监测技术，以便经济有效安全地对注入CO2的状态和泄漏进行监测。
关键词：CO2；地质埋存；油藏监测；示踪剂；监测技术Monitoring Techniques and Application Analysisfor Geological Storage of CO2REN Shao-ran1 REN Bo1 LI Yong-zhao1 Zhang Liang1 Kang Wan-li1Liu Yun-cheng2 Chen Guo-li2 Zhang Hua2(1. School of Petroleum Engineering, China University of Petroleum, Qingdao 266555, China;2. PetroChina Jilin Oilfield Company, Songyuan 138000, China)Abstract：Application of various monitoring techniques is important for ensuring safe injection and long-term storage of CO2. The purpose and importance of various monitoring methods that can be used in different stages of the CO2 storage process is addressed in this paper. Different monitoring mechanisms and corresponding techniques are described. The monitoring on CO2 storage can be applied to different systems, including reservoir, sub-surface and surrounding environment, and various techniques can be used, such as 4D seismic, gravity metering, soil gas sampling, well fluid sampling and gas tracers etc. The advantages and limitations of these techniques are analyzed along with field application experience. It is concluded that gas tracer, well fluid sampling, and logging can be used to track the fluid migration and CO2 state in conjunction with verifying well & reservoir integrity, while soil gas and atmosphere measurements are effective to monitor the CO2 leakage and subsurface environment. The selection of monitoring techniques should take the purpose of monitoring and reservoir conditions into consideration. Technically effective, safe and economic monitoring programs can be designed based on the techniques currently available and field experience gained from previous and current demonstration projects.Keywords: carbon dioxide storage; CCS; reservoir monitoring; gas tracer; monitoring techniques.引言近年来，各国加强了CO2捕集和埋存（CCS）相关技术的研究，世界上已有多个CCS示范工程相继实施，其中包括Sleipner和In Salah气田伴生CO2的盐水层埋存以及加拿大Weyburn油田的油藏埋存及提高原油采收率（EOR）工程[1]。
CO2驱油技术研究动态及埋存潜力评价方法的探讨
0 引言温室气体减排和能源需求是中国经济发展所面临的两个重大问题。
研究表明把CO 2埋存到油藏中不仅可以提高油气采收率，缓解我国采油行业的安全问题，而且可以减少CO 2温室气体的排放，对环境和环保问题的解决具有十分重要的促进作用，因此CO 2驱油与埋存研究工作在国内外广受油气研究者和环保人士的关注。
1 CO 2驱油与埋存研究动态1.1 国外研究动态由于工业的发展，CO 2的排放影响在美国和欧洲一些国家得到较早的关注，因此CO 2驱油技术在这些国家地区的研究比较早，方法也相对国内较为成熟。
Meshal Algharaib [1]在伊朗等地区进行了CO 2驱油提高采收率的应用潜能的研究，结果表明，CO 2能埋存在储存层中，并能提高原油采收率，由此对CO 2驱油的研究在全世界进一步展开。
近些年研究发现，在CO 2提高采收率和埋存的评价阶段，对油藏的筛选非常重要。
Daniel [2]等通过分析成功的二氧化碳驱现场应用，总结了CO 2驱筛选评价标准。
Shaw [3]等在先前的研究的基础上也提出了筛选参数，并通过设置最优值和参数权重，开发出了适合于CO 2提高原油采收率的快速排序方法，对候选油藏进行排名。
1.2 国内研究现状相对于国外的研究，我国对CO 2驱油与埋存的科研工作起步较晚，2011年我国设立了CO 2驱油与埋存关键技术的研究项目，因此近些年我国在该方面也取得了一定的成绩。
CO 2埋存方面，王涛[4]等研究了盐水层对埋存潜能的研究，根据机理的不同进行相应分类，进而总结盐水层中CO 2埋存量的量值关系，通过计算机数据运算对埋存的地理情况及流体因素进行研究，相较于把CO 2埋存到盐水层，埋存到油藏中是更为有效、经济、方便的埋存方法，因为油藏储量是已知的，有大量的油藏数据，并且目前的科研的成果已有比较完善的注入设备。
郝永卯[5]等在小管径驱油实验中发现，混相条件可以通过采收率随驱替压力曲线的变化来确定，在不同的油样中CO 2的注入浓度的关系曲线和相对饱和压力、归一化体积系数、膨胀系数、CO 2溶解度和相对粘度等参数确定代数关系，由此也可以通过数学方法的回归进行相应条件下的预测。
二氧化碳地质封存机理及泄漏监测
Research 研究探讨251 二氧化碳地质封存机理及泄漏监测范卜凡纪佑军王力龙（西南石油大学地球科学与技术学院，四川成都610500）中图分类号：G322 文献标识码：B 文章编号1007-6344（2019）09-0251-01摘要：CO2地质封存（CSS）作为一项减小温室气体效应的有效措施，在降低CO2排量的同时也会引发CO2泄漏、地层变形、甚至诱发地震等地质灾害效应。
通过对相关文献的调研发现：①CO2封存场所包括枯竭油气藏、深部咸水层和不可开采煤层；②CO2封存包括物理封存和化学封存；③CO2泄漏会对生态环境造成严重破坏，建立长期监测机制，对CO2地质封存的安全性具有重要意义。
关键词：地质封存；温室效应；CO2泄漏监测0 引言自21世纪以来，随着工业水平的发展，人类生产生活所产生的有害气体不断增加，这其中就包含了加剧全球“温室效应”的CO2气体。
为了减少“温室效应”给自然生态系统和人类社会带来的影响，降低CO2的排放迫在眉睫[1]。
CO2地质封存是目前公认的减少CO2排量最有效的措施，受到了各国政府与学者的高度重视[2]。
据国际能源总署（IEA）统计，到2050年CO2地质封存将为全球CO2的减排计划做出19%的巨大贡献[3]。
但是，CO2地质封存在降低CO2排量的同时也容易引发CO2泄漏、地层变形、诱发地震等地质灾害。
因此，本文首先对世界CO2 地质封存的概况进行了调查，总结分析了目前该类项目的主要特点；其次，针对气体封存过程的泄漏模式与机理进行了总结，并对对未来进行CO2地质封存项目的泄漏风险评价提供指导方向。
1 CO2地质封存概况“CO2捕获与封存”基本原理是将化石燃料产生的CO2在进入大气之前将其捕获，通过管道运输将超临界状态CO2运移到合适的埋藏点进行封存。
在CO2地质封存中，欧美国家起步较早，并开展了一系列封存项目，在所有封存项目中，封存规模最大的是Weyburn项目和In Salah项目。
科技成果——CO2驱油与埋存技术
科技成果——CO2驱油与埋存技术技术开发单位
中石化中原油田分公司
适用范围
高温高矿化度砂岩特高含水油藏三次采油开发
成果简介
通过催化裂化装置在炼油厂及化肥厂尾气中捕集CO2，在特高含水油藏交替注入CO2、水，增加驱替阻力，扩大驱替液波及体积；膨胀地层原油体积，降低原油粘度，降低CO2与原油界面张力，提高驱油效率，达到大幅提高原油采收率目的。
工艺技术及装备
1、CO2捕集技术；
2、特高含水油藏微观剩余油可视化、量化技术；
3、特高含水油藏CO2/水交替驱提高采收率机理体系；
4、CO2在油水两相多孔介质中的溶解扩散规律技术；
5、CO2/水交替驱流度控制技术；
6、特高含水油藏CO2复合防腐技术；
7、CO2/水交替驱分层注气及吸气剖面监测技术；
8、产出CO2回收循环回注技术；
9、CO2/水交替驱产出污水回收技术。
市场前景
该技术可有效指导中原油田中高含水油藏二氧化碳驱三次采油
和低渗注水困难油藏二氧化碳驱生产，对于我国东部老油田高含水开发后期以及低渗注水困难油藏开展提高采收率探索，缓解东部老油田严峻的开发形势具有重要意义。
CCS条件下的CO2质量流量测量与流动状态监测
05
未来展望与挑战
技术发展与改进方向
发展高精度测量技术
针对CO2质量流量的测量，应研发和优化高精度的测量设备和技 术，提高测量准确性和可靠性。
强化实时监测技术
加强实时监测技术的研发，实现对CO2流动状态的实时、在线监测 ，提高监测的及时性和有效性。
创新数据处理方法
改进和优化数据处理算法和方法，提高数据处理速度和精度，为实 时监测提供更好的数据支持。
在气候变化研究中的应用
总结词：关键技术
VS
详细描述：气候变化研究领域对于准 确地测量和监测CO2的质量流量和流 动状态有着迫切的需求。这不仅有助 于深入理解地球气候变化的机制，而 且对于评估和预测气候变化的影响以 及制定有效的应对策略具有重要意义 。因此，CO2质量流量测量和流动状 态监测被认为是气候变化研究中的关 键技术。
政策推动与市场机遇
政策支持
政府应加大对CCS条件下的CO2质量流量测量与流动状态监测领域的政策支持 力度，通过资金支持、税收优惠等措施推动技术研发和应用。
市场机遇
随着环保意识的提高和碳交易市场的逐步完善，CCS条件下的CO2质量流量测 量与流动状态监测市场需求将不断增长，为相关企业和研究机构提供了广阔的 发展空间。
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流量。
基于涡街的测量方法
02
通过测量流体的涡街信号来计算流速和流量。
基于热式质量流量的测量方法
03
利用热式流量计测量流体的流量，通过测量流体温度和压力的
变化来计算质量流量。
监测仪器与设备
01
02
03
超声波流量计
用于测量流体流速和流量 ，具有精度高、稳定性好 的特点。
涡街流量计
一种二氧化碳驱油监控地震时差校正方法
一种二氧化碳驱油监控地震时差校正方法Carbon dioxide (CO2) flooding is a widely used enhanced oil recovery (EOR) technique, which involves injecting CO2 into oil reservoirs to improve oil production. However, monitoring the behavior and movement of CO2 in the reservoir is crucial for the success of this EOR method. One important aspect of monitoring CO2 flooding is the correction of seismic travel time delays caused by the presence of CO2 in the reservoir.CO2驱油是一种广泛使用的增强油田采收（EOR）技术，它涉及向油藏注入CO2以改善原油产量。
然而，监测CO2在油藏中的行为和移动对于此EOR方法的成功至关重要。
监测CO2驱油的一个重要方面是校正由油藏中CO2存在引起的地震走时延迟。
Firstly, it is important to understand the significance of seismic travel time delays in CO2 monitoring during oil recovery. Seismic travel time delays occur as a result of the difference in velocity of seismic waves in CO2-saturated rocks compared to that in conventional oil reservoirs. The presence of CO2 in the reservoir alters the rock properties, affecting the speed at which seismic waves travel throughthe rocks. This alteration in seismic wave velocity leads to time delays in seismic data, making it challenging to accurately interpret and analyze the data for CO2 monitoring.首先，重要的是要理解在油田采收过程中CO2监测中地震走时延迟的重要性。
co2驱替实验装置 实验流程
CO2驱替实验装置是一种用于模拟地下储层中原油开采过程的实验设备。
通过该装置可以模拟地下高渗透岩石中的原油，以及在油藏开采过程中注入CO2来达到提高原油采收率的目的。
本文将介绍CO2驱替实验装置的实验流程，以及实验过程中需要注意的关键步骤。
1. 实验目的CO2驱替实验的目的是模拟地下油藏中注入CO2的过程，通过实验研究CO2与原油、岩石之间的相互作用，以及CO2在地下储层中驱替原油的效果。
通过实验可以评估CO2驱替技术在油藏开采中的应用效果，为提高原油采收率提供科学依据。
2. 实验装置CO2驱替实验装置主要包括高压实验室、流体实验系统、数据采集系统等部分。
其中高压实验室用于模拟地下高压环境，流体实验系统用于控制CO2和原油、水等流体的注入和排出，数据采集系统用于记录实验过程中的各项参数变化。
3. 实验准备在进行CO2驱替实验之前，需要对实验装置进行充分的检查和准备工作。
包括检查实验装置的连接管路、阀门和压力传感器等部件是否完好，确保实验过程中不会发生泄漏或其他安全问题。
4. 实验步骤（1）注入原油：将待研究的原油样品注入到实验装置中的岩心模型中，保证岩心模型中有一定饱和度的原油存在。
（2）注入CO2：在原油饱和的岩心模型中开始注入CO2，通过压力控制系统控制CO2的注入速度和压力，模拟地下储层中CO2的注入过程。
（3）实验监测：实验过程中需要对岩心模型中的压力、温度、流体相变等参数进行实时监测，记录实验过程中各项数据的变化。
（4）采集样品：在CO2驱替实验结束后，需要对岩心模型中的原油和驱替液进行采样，用于后续的实验分析和数据处理。
5. 实验技术要求在进行CO2驱替实验过程中，需要严格控制实验条件，保证实验结果的准确性和可靠性。
其中包括控制CO2的注入速度和压力，控制岩心模型的温度和压力等参数，以及保证实验装置的稳定性和安全性。
6. 实验结果分析通过对CO2驱替实验得到的样品进行分析和测试，可以得到CO2在地下储层中与原油和岩石的相互作用情况，评估CO2驱替技术在提高原油采收率方面的应用效果。
co2驱油与埋存效果影响因素研究
co2驱油与埋存效果影响因素研究
CO2驱油与埋存效果影响因素研究
摘要：国内外大量研究和应用成果已表明，向油层中注入CO2可以大幅度地提高原油采收率，同时，油藏是封闭条件良好的地下储气库，可以实现CO2的长期地质埋存。
所以，以CO2为驱油剂提高原油采收率不仅可以增加原油可采储量，而且可以实现CO2的长期地质埋存，既实现CO2减排的社会效益，又产生巨大的经济效益，是CO2埋存与高效利用的最佳途径之一。
本文在文献调研的基础上，开展了CO2驱油和埋存机理及其类型的研究，结果表明CO2驱油和埋存效果的影响因素主要包括储层和流体性质等，而储层因素具体又包括渗透率、油藏倾角、横向纵向渗透率比、平面非均质性等参数，可见CO2驱油和埋存效果的影响因素很多，但是到目前尚未见到系统研究。
本文综合考虑各种影响因素，基于详细理论研究与分析，建立典型CO2驱油和埋存模型，开展数值计算，通过计算结果分析与总结，得出影响CO2驱油和埋存效果的主控因素及其变化规律；最后在单因素分析的基础上，引入综合反映CO2驱油和埋存效果的无因次参数，运用Box-Behnken试验设计，通过曲面反应法建立计算CO2驱油采收率与埋存系数的二项式计算模型，通过对反应曲面结果进行分析，得出无因次参数对CO2驱油和埋存效果的影响顺序和交互影响的显著性。
本文研究成果对二氧化碳EOR与埋存具有理论及现场指导意义。
CO2驱微粒运移堵塞机理及解堵技术研究
161井楼油田八区岩石主要以棕褐色、褐色细砂岩及粉砂岩为主，矿物成分以石英为主，长石次之，油层孔隙度16.51%~36.67%，渗透率0.066~7.935μm 2，采取普通稠油水驱开发方式，平面非均质性强，低渗透井区注水压力逐渐上升，注水井吸水能力下降。
CO 2驱技术是低油价下经济可行的低渗油藏开发方式，长期注水对储层造成一定程度上的伤害，且注入水中携带的固相悬浮颗粒、油污等容易在储层形成堵塞[1-3]。
通过开展CO 2驱引起的微粒运移堵塞规律实验、CO 2驱后有机垢解堵实验，提出解决对策，优化注水井CO 2降压增注技术。
1 实验材料及条件1.1 实验材料地层水样：取自目标区块现场水样，实验前用滤纸过滤至澄清无杂质为止；气样：高纯二氧化碳气体，纯度99.999%；原油样品：取自目标油藏井口落地油，在实验室利用油水分离器除去原油中的含水后，通过油气组分及现场实际生产气油比数据复配出原始的地层流体；岩心样品：取自目标油藏直径为25mm的859-2号和859-5号天然岩心柱，在实验前经洗油烘干处理后，测定各岩心基础物性参数。
1.2 实验条件及方法1.2.1 CO 2驱引起的微粒运移堵塞规律实验通过对现场取样获得的岩样经洗油烘干处理后，在温度50℃和压力8MPa条件下，以恒定流速开展原油参与或不参与条件下的CO 2驱及气水交替驱，通过测定驱替前后岩心物性的变化来确定微粒运移堵塞规律，同时开展储层防治措施，以减小微粒运移堵塞对储层的伤害。
1.2.2 CO 2驱后有机垢堵塞机理及解堵分析实验在温度50℃和压力8MPa条件下，以恒定流速开展CO 2驱，结合CO 2驱前后有机垢沉淀造成的储层物性的变化来确定有机垢堵塞规律，同时开展储层防治措施，以减少有机堵塞对储层的伤害。
经正庚烷清洗掉岩石流体后，主要残留物为沥青质和无机垢，说明孔隙度的下降是由沥青质和无机垢的残留造成的。
经甲苯和无水乙醇将沥青质洗出，残留物为微粒和无机垢。
二氧化碳捕获与地下储存技术研究
二氧化碳捕获与地下储存技术研究随着全球经济和能源的快速发展，人类活动所产生的温室气体二氧化碳排放量不断增加，使得全球气候变化面临着巨大的挑战。
作为最主要的温室气体之一，如何有效捕获和储存二氧化碳已经成为当今环保研究领域的重要课题之一。
本文将探讨二氧化碳捕获与地下储存技术的研究现状和展望。
一、二氧化碳捕获技术1.化学吸收法化学吸收法是目前最成熟的二氧化碳捕获技术之一。
它通过吸收剂的化学反应，使二氧化碳从烟气中被分离出来。
常用的吸收剂包括氨水、乙醇胺等。
在化学吸收法中，吸收剂需要经过再生流程，以回收二氧化碳，并将吸收剂再次送回吸收反应中。
尽管化学吸收法具有成熟的工程技术，但其副产品和再生流程带来的成本和能耗也是需要考虑的问题。
2.物理吸收法物理吸收法主要是利用物理吸附剂对二氧化碳进行捕获。
两种常用的物理吸附剂是活性炭和分子筛。
这种方法可使二氧化碳从烟气中被过滤出来，进而通过脱附运用分离纯化等方法进行进一步处理。
物理吸附法具有高稳定性、无二次污染等优势，但是它的分离和纯化流程需要耗费大量的能量和时间。
3.生物吸收法生物吸收法是利用生物体代谢的过程进行二氧化碳的捕获。
目前，微型藻类和紫花苜蓿等植物被广泛用于二氧化碳的吸收。
生物吸收法的优点在于其运作成本较低，而且生物体所产生的副产物存在较低的危险性。
但是，其规模化应用仍存在较大的难度和挑战。
二、二氧化碳地下储存技术除了对二氧化碳进行捕获外，合理储存二氧化碳也是解决全球气候变化的关键环节。
在气候变化研究领域中，二氧化碳地下储存技术被认为是一种具有潜在应用前景的技术。
二氧化碳地下储存技术的基本原理是将二氧化碳通过注入管道输送到地下气藏，其中两个使用的储存地点最为广泛，分别是如下所述：1.油气田从技术和经济性的角度来看，油气田被认为是最具应用前景的二氧化碳地下储存地点之一。
二氧化碳可以代替非常规油气产生过程中的燃料气，从而提高油气田的采收率。
同时，油气田储层含有较多的岩石孔隙，便于二氧化碳的储存。
CO2地质埋存监测技术最新进展
CO2地质埋存监测技术最新进展【摘要】近年来，CO2埋存试验工程采用了一些新方法对油气井进行地下监测，以此来获得更多更高质量的井眼信息数据。
发展这些新的技术和方法的原因是：（1）评价与CO2运移有关的地下物理和地球化学过程需要获得数据；（2）深井的高成本要求从每口深井中获得尽可能多的数据；（3）观察CO2羽状带的演化发展需要更高的分辨率；（4）在石油和天然气行业中缺少成熟的综合永久性监测工艺流程和技术；（5）对于CO2埋存地点长期特性的确定缺乏数量，类型和监测期限的控制性指导。
本文将分析目前油气井监测和整体监测项目的最新的创新进展及应用情况。
【关键词】CO2的饱和度电缆测井地球物理技术油藏饱和度1 前言石油和天然气行业进行井监测的主要目的是提供重要信息用于优化油藏管理和指导安全经济的开发地下油气资源。
井的监测过程比较复杂，需要许多技术和设备。
在钻井过程中，通常要取出岩心来进行岩石物理性质的测量，以得到流体饱和度信息。
电缆测井使用非接触方法（例如地震和无线电波技术）获取信息来定期监测岩层，电缆测井方法还能测量地层压力和收集流体样品。
另外安装永久性传感器和重复进行地球物理测量也可以评价地下瞬间的变化。
油藏管理是CO2埋存井监测的一个重要目的。
然而，CO2运移的过程对监测数据有更高的要求，因为这种运移在传统的流体生产中并不存在。
不同的国家和地区管理CO2埋存规章制度的不同可能会导致未来产生许多复杂问题，所以必须把CO2羽状带限制在法律允许的有效的孔隙空间中。
保证CO2的永久埋存必须要理解相互联系的地下过程——包括水文的，力学的，地球化学的信息。
注入CO2提高采收率工作已经进行了三十年，为了确保注入的大量CO2的安全长期性埋存，不得不对地下监测措施提出更高的要求。
2 井的监测技术2.1 电缆测井电缆测井包括一系列的测量技术，将探针放入井内，由传感器获得的数据经电缆传到地面进行记录。
通常采用的电缆测井包括伽马射线密度，地层电阻率，声波速度，自然电位，温度和压力测井。
二氧化碳地质储存逃逸通道及环境监测研究
文章编号:1000 0240(2010)06 1251 11二氧化碳地质储存逃逸通道及环境监测研究收稿日期:2010 05 22;修订日期:2010 11 01基金项目:中国地质调查局项目(水[2010]矿评03 08 01;水[2010]矿评03 08 02;水[2010]矿评03 08 04)资助作者简介:张森琦(1962-),男,陕西西安人,教授级高级工程师,2000年在长安大学获理学硕士学位,现主要从事水文地质、工程地质、环境地质应用与研究工作.E mail:senqizhang@张森琦, 刁玉杰, 程旭学, 张晓娟,张杨, 郑宝峰, 赵学亮(中国地质调查局水文地质环境地质调查中心,河北保定 071051)摘 要:CO 2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CO 2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CO 2逃逸通道专门性地质调查评价工作,避免因CO 2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CO 2逃逸通道进行灌注前CO 2背景值监测,灌注工程运营期CO 2控制监测和封场后长期监测,确保CO 2地质储存的有效性、安全性和持久性.关键词:CO 2地质储存;活动断裂;地震;CO 2逃逸通道;环境影响;监测中图分类号:P546;P 641;X701;X83文献标识码:A0 引言气候变化是21世纪人类共同面临的最大挑战和威胁,成为社会和经济发展的主要制约因素.中国政府高度重视气候变化问题,提出了 到2020年中国单位国内生产总值CO 2排放比2005年下降40%~45% 的CO 2减排承诺和一系列CO 2减排措施.面对人类生存和社会经济可持续发展遭遇的可能威胁,发展低碳经济,减少向大气排放CO 2,加紧开发CO 2地质储存,是当今国际社会公认的目前最经济、最可靠的实用技术[1].中国位于西太平洋地震构造带和喜马拉雅-地中海地震构造带之间,构造活动强烈,活动断裂非常发育,总体区域地壳稳定性较差,是大陆内部少有的几个多震地区之一.且活动断裂带与地震活动密切相关,若CO 2地质储存场地选址不当,这些活动断裂将有可能成为人类无法控制的CO 2构造逃逸通道.1900!2006年在中国大陆及邻近边缘地区共发生M ∀7.0级地震75次,平均不到1.5a 就有1次大震发生.1900!2006年在中国大陆共发生8级以上特大地震7次,平均约13a 就有1次特大地震发生[2].因此,强震、活动断裂与区域地壳稳定性,特别是地震成因的各类构造通道将可能成为CO 2地质储存安全性的主要影响因素.基于此,为防患于未然,开展CO 2地质储存逃逸通道及环境监测研究,为我国开展CO 2地质储存场地选址、场地勘查与工程建设提供有益思路十分必要.1 CO 2地质储存机理及其风险CO 2地质储存就是把从集中排放源分离得到的CO 2注入地下深处具有适当封闭条件的地层中储存起来.CO 2地质储存场所多种多样,主要有沉积盆地内的深部咸水含水层、开采中或已废弃的油气田和因技术原因或经济原因而弃采的煤层.此外,还有开采过的大洞穴、盐丘以及废弃的矿藏等[1,3-4],但目前报道相对较少.CO 2地质储存的科学理论就是利用CO 2具有的超临界特点,即当温度高于31.1#、压力高于7 38MPa 时,CO 2进入超临界状态.在超临界状态,CO 2是一种高密度气体,并不会液化,只是密第32卷 第6期2010年12月冰 川 冻 土JO U RN A L OF G L ACIO LO GY A N D GEOCRY OL O GYVo l.32 No.6Dec.2010度增大,具有类似液态的性质,同时还保留着气体的性能.在超临界状态,CO2的典型物理特性为密度近于液体,是气体的几百倍;粘度近于气体,与液体相比,要小两个数量级;扩散系数介于气体和液体之间,约为气体的1/100,比液体大几百倍,因而具有较大的溶解能力[4].碳封存领导人论坛[5]对CO2地质储存机理进行了详细描述,指出CO2地质储存机理可以分为两大类:物理储存和化学储存.其中,物理储存包括构造地层静态储存、束缚气储存和水动力储存;化学储存包括溶解储存和矿化储存.欲实现CO2地质储存必须满足CO2以超临界流体态的形式储存于地下,埋藏深度必须∀800m, CO2-EOR(EOR即 提高石油回采率)和CO2-ECBMR(ECBMR即 煤层气增产开采技术)除外[6].CO2地质储存相当于营造一个地下人工气藏,其选址条件主要考虑以下因素:位于地质构造稳定的地区,地震、火山、活动断裂不发育,所储存的CO2向大气泄漏的可能性微小;储层孔隙度和渗透率高,有一定厚度,能达到所需要的存储容量;上覆有不透气的盖层.与天然气储气库储层条件不同的是还要考虑以下因素:储层压力超过CO2的临界值,在这种压力下CO2受到压缩,密度达到600~800kg∃m-3,浮力低于天然气而高于原油;较低的地热梯度和地热流值,使CO2在较小的深度下能达到较高的密度;对人类社会和自然环境、资源带来的负面影响小[4].中国多年冻土分布面积约215%104km2,占世界第三位,主要分布在青藏高原,东北大、小兴安岭和天山、阿尔泰山等地.就青藏高原多年冻土区CO2地质储存而言,一是地表和地温梯度低,有利于CO2地质储存;二是多年冻土层下覆发育有大面积的中、新生代沉积盆地,且具有一定的储、盖层组合条件;三是有一定厚度的多年冻土(岩)层可构成近地表的盖层,增加了CO2地质储存的安全性,唯碳源稀少.因此,如何利用寒区进行CO2地质储存,将成为一个重要的研究方向.实施CO2地质储存工程最重要的就是要保证地质储存的有效性、安全性和持久性.其潜在的危害主要有:1)可能增大接纳水体的酸度,打破原有的地球化学和生态平衡,导致地下水污染;2)一旦发生大规模地层运动,大量的CO2逃逸地表将给附近地区造成毁灭性的灾难[7],影响人群健康;此外,还可能诱发地震,产生地面变形等地质灾害.因此,在选址阶段应尽可能查明潜在的CO2逃逸通道.有关公众对CO2捕集和储存技术(Carbon Capture and Storag e,CCS)的认知水平和可接受度调查表明(图1),仅就CO2地质储存而言,受调查者倾向于认为突然大规模泄漏是主要或严重的风险;而多数人认为CCS对于生态系统影响、区域投资环境也具有中等以上风险;值得注意的是,较多受调查者认为在地质灾害、对人体健康影响、水污染和土壤退化方面,CCS的风险不确定或信息不充足[8].图1 CCS实施的风险评估[8]F ig.1 Risk assessment o n CCS implemented[8]2 CO2地质储存逃逸的危害2.1 对人群健康和生态系统的影响CO2通常并不被认为是有毒气体,如果逃逸点或周围CO2浓度偏高将会对人类的健康和安全造成危害.对人体而言,CO2是人呼吸的排出物,调节血液中的pH值;外部过多的CO2将阻碍人体对氧气的吸收,长时间的缺氧会引起窒息死亡.CO2对人体的物理作用是逐步产生的,与浓度和暴露在CO2中的时间有关[4](图2).在CO2浓度为1.5%的低浓度条件下,1h左右其物理作用并不明显.当浓度为3%~5%时,呼吸加快、加深并伴有头昏眼花症状.当浓度达到5%~9%时,就会感到恶心和眩晕,超过9%,只要待5~10m in就会昏迷;当浓度超过20%,待20~30m in就会死亡[4].因此,在地上环境、地下室或房屋中,高浓度的CO2影响健康,使人类和其它动物从窒息到死亡[9-11].野外实验表明,当CO2浓度小于1%时,没有证据表明对人有任何危害影响[12].由于CO2的密度比空气重近50%,当CO2逃逸1252冰 川 冻 土 32卷图2 二氧化碳的物理影响[4]F ig.2 Physical effects o f car bon dio x ide[4]地表后,将在重力和大气流的作用下,沿地表在较浅的洼地聚集,使局部地区浓度偏高.如果人或动物在此区域活动,危险也随之产生.因此,不宜将CO2灌注场地置于地势低洼,缺乏主导风向的地区.CO2在地球的生态环境中起着重要的作用.植物新陈代谢过程中,在光和叶绿素的催化作用下,空气中的CO2和水反应生成糖等有机物,同时释放出氧气,即:6CO2+6H2O=C6H12O6+6O2&.在热带雨林中这一反应约占整个地球的60%以上.在动物的呼吸循环中发生上述反应的逆过程,即从大气中吸入氧气,与体内的糖反应,产生动物生命活动所需的能量,同时放出CO2[4].CO2逃逸至地表土壤层时,可导致土壤的酸化和土壤中氧的置换,进而影响植被生态系统.高流量的CO2引起土壤气体中CO2浓度增高,会导致植物呼吸作用受限,甚至死亡.此外,低pH值和高CO2浓度环境可促使部分生物大量繁殖,导致另外一部分生物由于自然竞争的优胜劣汰而逐渐萎缩甚至消失.一般土壤气里CO2的正常含量应该维持在0 2%~4%之间,当含量增加到5%时将对植物的生长产生不利的影响;当上升至20%时,CO2将变成有毒物质[12].因此,长期存在CO2逃逸的陆地表面附近,植物一般很难生长.2.2 导致地下水污染当逃逸的CO2进入饮用地下水补给区时,含水层中CO2的溶解量增加,会导致地下水pH值降低,使微量元素在地下水中的富集程度增加,形成一些有机酸,增加有毒重金属如铅、硫酸盐和氯化物的活动性,可能改变地下水的颜色、气味和味道,从而造成地下水水质破坏[9-10].随CO2逃逸一起移动的污染物对地下水质量的影响主要包括以下几个方面:1)在陆地上储存CO2时,最可能出现的问题是由于逃逸导致CO2进入饮用地下水的补给层;2)碳酸盐矿物和铁氧化物对砂岩和碳酸盐岩含水层的地下水质量有重要的控制作用;3)CO2逃逸可能引起重金属污染物从矿体进入附近的饮用地下水补给层;4)即使从地下储藏点渗漏出少量的CO2,也可能造成饮用地下水质量的重大破坏;5)大量CO2的注入将改变地层中的孔隙流体压力,使原有孔隙流体被CO2挤出或置换,从而改变地下水的盐度,盐度较高的地下水则通过裂缝或钻井向浅部地层运移,将对浅部地下水造成污染[11].显然,在CO2地质储存过程中,不管是物理捕集还是地球化学捕集,都将受到岩层的压力、温度和地球化学等因素影响,而这些因素都与一定的水文地质条件相关联.因此,适宜的水文地质条件是CO2长期有效地安全储存的基础地质条件之一[12-13].综上,在CO2地质储存场地勘查阶段,应加强区域水文地质条件的调查与研究,查明区域性含水层与隔水层的分布以及各地下水系统之间的关系.不仅要重点研究盖层的力学稳定性和封闭性,也要高度关注盖层上部多层结构深部承压水含水层各隔水层的封闭性.特别应高度重视断裂系统对各地下水含水层之间的潜在输导关系,尽可能查明CO2通过含水层或断裂系统发生逃逸的各种地质-水文地质途径.2.3 诱发地质灾害2.3.1 诱发地震据报道,在美国科罗拉多州Rang ely油田,已发生过因为向孔隙中注入流体而导致微地震产生的事件,德国大陆深钻工程和加拿大艾伯特冷湖油田都因为向深部钻井中注入废水而频繁诱发中等级别的地震发生.特别是发生在美国1967年和1986-1987年分别发生的5.3级Denver地震和4.9级O hio地震,均表明与向孔隙中注入流体相关[12].研究发现,在靠近震源附近,如果向孔隙中注入流体,将极易诱发地震产生.因此,将大量的CO2注入沉积层或断裂岩体后,会改变岩层本身的力学状态,储层或附近高的孔洞压力可诱发微震,甚至发生破坏性地震[9,12-15].12536期张森琦等:二氧化碳地质储存逃逸通道及环境监测研究通常情况下,深井注入能削弱断层强度,成为断层位移的驱动力,从而导致地震发生.高压下,通过岩层或断层之间的应力!应变变化关系可以比较清楚的认识到这一点(图3).随着CO 2注入,地层压力逐渐增加,在应力平衡条件下,岩层的轴向压力和侧限压力相应减少(图3a),当整个岩层力学系统无法维持这种平衡时,必将导致断层活动,从而诱发地震[15].图3 断层稳定性随孔隙流体压力变化[15]Fig.3 Diag ram show ing t he influence of fluid pr essure on fault stability (Rev ised fr om[15])运用 摩尔圆理论 可解释孔隙流体压力变化与断层稳定性之间的关系(图3b).岩层间的有效作用力随孔隙流体压力增加而降低,当孔隙流体压力增加到一定程度时,将分别导致断层的封闭作用和岩层间的相互作用和原有的封闭系统整体失效[15].2.3.2 诱发地面变形在构造压力很大的储层中,任何构造压力的减小均会诱发断裂,导致地表向上抬升或向下错断.另外,CO 2储层岩石的溶解也会导致地面沉降.如果含水的CO 2腐蚀了岩石结构,在上覆结构层的作用下,储层会被压密,在多孔的碳酸盐岩中尤其要关注此类问题[9].3 CO 2地质储存逃逸通道IPCC 特别报告[12]给出了CO 2地质储存可能发生逃逸的两种情景(图4).第一种情景,注入井破裂或废弃井泄漏有可能造成CO 2突然快速释放.若使用当今控制油气井井喷的技术预防,则可以快速检测并阻止这种释放.与这种释放有关的灾害主要影响发生地附近的工人或前来控制井喷的人员;第二种情景是通过未被发现的断层、断裂或漏泄的油气井发生逃逸.在这种情况下,主要影响饮用含水层和生态系统.图4 用于注入盐沼池构造的潜在CO 2逃逸路径和补救技术[12]1、2.注入的CO 2流至储存点,实现最大程度的液化和CO 2剩余的俘获; 3.废弃井;潜在的逃逸机制:A 为CO 2气体压力超过了表面张力的压力并透过粉砂岩出去;B 为自由的CO 2从A 处逃逸到断层带含水层中;C 为CO 2通过盖层的 断层 逃逸到更浅的含水层内;D 为把注入的CO 2转移到溶液中,增加了储层的压力和断层的渗透性;E 为CO 2通过堵塞不紧的废弃旧井逃逸;F 为自然的水流溶解了在CO 2和水接触面的CO 2,并把它从封闭体中输送出来;G 为液化的CO 2逃逸到大气或海洋中;补救措施:A 为抽出和净化地下水;B 为抽出和净化地下水;C 为清除CO 2,并重新注入其他地方;D 为较低的注入速度或压力;E 为用水泥重新堵塞该井;F 为拦截并重新注入CO 2;G 为拦截并重新注入CO 2F ig.4 Potential leakag e routes and remediation techniques fo r CO 2leakag e after injecting intosaline fo rmatio ns (Revised fro m [12])2006年IPCC 国家温室气体清单指南[16],总结了CO 2地质储存潜在的逃逸路径(表1),认为CO 2可以通过以下途径逃逸:1)如果CO 2能突破盖层毛细管的吸附压力,那么CO 2可以通过盖层的孔隙系统逃逸;2)通过盖层中断层和裂缝通道系统逃逸;3)通过人为因素,如对废弃井或现有钻井的不封闭处理进行逃逸;4)通过储层与周围岩层的水文动力系统进行逃逸[11];逃逸方式有侧向泄露(断层、跨越水力圈闭、溢出点)、通过盖层散失(扩散、裂隙)和通过井筒泄露(封井泥浆、井壁腐蚀)等[17].在已有研究成果的基础上,本文将CO 2地质储存逃逸通道分为人为逃逸通道、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.1254 冰 川 冻 土32卷表1 CO2地质储存潜在的逃逸路径[16]T able1Po tent ial leakage ro utes o f CO2geo lo gical stor age排放类型潜在逃逸路径/源其他注释由油井和开采引起的直接泄漏路径作业或废弃井预期将尽一切努力来确定储存场地内及周围的废弃井.建造、密封,和/或封井不当,可造成最大的潜在泄漏风险.修复泄漏井的技术已经开发,如果有必要应该实施井喷(注入井产生的非控制排放)高流量泄漏的可能源,通常在短期内.井喷要修复,可能极少发生,因为常规钻井方法可减少风险CO2储藏库的未来开采一个煤床储层的问题天然泄漏和转移路径(可引起长期排放)如果超出毛细管吸入压力或CO2存于溶液,经过低渗透盖岩中的孔隙系统适当场地特性、选择和受控的注入压力可减少泄漏的风险如果当地无盖岩适当场地特性和选择可减少泄漏风险如果储藏库过满,则经过溢点包括水文地质评估的适当场地特性和选择可减少泄漏风险由于CO2/水/岩石反应,经过退化的盖岩适当场地特性和选择可减少泄漏风险.盖岩和相关地球化学因素的详细评估将会有所帮助通过CO2溶解于孔隙流体,随后由天然流体流量输出储存场地包括水文地质评估的适当场地特性和选择,可确定/减少泄漏的风险通过天然或人为断层和/或破裂高流量泄漏的可能源.适当场地选择和受控的注入压力可减少泄漏的风险地质储存场地的其他溢散排放溢散甲烷排放可产生于地质储存场地CO2替代CH4这种对于EC BM、EOR和耗尽的油气库,情况尤其如此需要适当的评估3.1 人为逃逸通道人为逃逸通道主要包括CO2灌注井、监测井和场地原有废弃井等.据报道,在美国大约有470个天然气储集工程在运行,总共存储了160M t的天然气.其中,有9个发生了泄漏事故,5个是与井的完整性有关系,3个是由盖层泄漏的(两个采取了补救措施,一个被舍弃),最后一个是由于早期选择规划错误造成的.最近一次较严重的泄漏事故发生在肯萨斯州,是由于井筒引起的,泄露了大概3000t,占总存储量的0.002%[12].注入井和废弃井是CO2地质储存主要的泄露途径之一[12].当凿完一个深井后,在地表和深层地下就会建立一个连续、贯通的通道.如果钻井时操作不当,注入井有可能变成废弃井.钻井不单单是往地下钻一个井筒,还要考虑所用原材料的性质,如水泥和套管的性质.沿着废弃井有许多泄露的路径,如水泥和外面的套管、水泥和里面的套管、水泥自身、腐蚀变化的套管、环面中腐蚀的水泥、水泥和地质构造之间等(图5).随着各类地下勘探开发的深入,废弃井的数量越来越多.这些废弃井多数缺乏封堵处理,将成为CO2人为逃逸通道.因此,在CO2地质储存工程实施前,应对是否存在废弃井进行详细调查,并采取措施避免通过废弃井发生逃逸.对废弃井的处理,最常用的方法是灌注水泥或直接进行机械性封堵.对于有套管的废弃井(图6a),虽然套管可以在一定程度上起到防逃逸的作用,但长时间套管易遭腐蚀,套管与水泥墙、套管与水泥塞以及套管本身都可能变为潜在的CO2逃逸通道.因此,可直接封堵套管附近的渗透性盖层,以防止井内金属管材腐蚀而成为CO2的逃逸通道;或者移出套管后,直接灌注水泥,通过水泥封堵CO2潜在的逃逸通道.对于无套管废弃井的处理可直接灌注大量的耐腐蚀水泥(图6b)[12].以上CO2人为逃逸通道可通过精心成井,认真安装质量达标的井内及井口装置;对旧井、废弃井12556期张森琦等:二氧化碳地质储存逃逸通道及环境监测研究图5 通过废弃井潜在的泄漏途径a.通过套管与水泥墙之间;b.通过套管和水泥塞之间;c.通过水泥塞;d.通过套管;e.通过水泥墙;f.通过水泥墙与岩石之间F ig.5 Possible leakage pathway sin an abandoned well图6 对有套管和无套管废弃井的废弃处置示意图[12]F ig.6 Sketch sho wing the dealing w ith abandoned cased and uncased wells (R evised f rom [12])严加修复、封堵,配以堵漏材料研制,作为预防措施;规范CO 2灌注程序,控制最佳的灌注压力、流速和灌注量,若出现CO 2逃逸现象,是人为可以控制的.3.2 地质构造逃逸通道本文将地质构造逃逸通道分为断裂构造逃逸通道、盖层扩散裂隙构造逃逸通道、构造成因地裂缝逃逸通道和地震成因构造逃逸通道4种(图7).3.2.1 断裂构造逃逸通道断裂以及与之衔接的裂隙网络系统破坏了岩层的连续性,降低了盖层的横向完整性和连续性,使区域封闭性能整体降低,被认为是CO 2逃逸的主要构造通道.工程实践表明,一个小断裂就有可能导致CO 2逃逸到大气中[12].图7 CO 2地质储存可能的逃逸通道示意图[13]F ig.7 Schematic show ing the potential leakage r outeso f CO 2geo lo gical storag e (R ev ised fr om [13])活动断裂破坏了岩层的连续性,一方面由于断层的遮挡屏蔽作用有利于CO 2地质储存;另一方面断层使得储、盖层产生连通而导致CO 2逃逸地表.所以,断层在CO 2地质储存中具有两面性.断层封闭的实质是指由于断层的存在,使注入的CO 2在纵、横向上都被封闭而不致逸散.纵向上断层的性质和产状影响其封闭性,压应力作用产生的断层在断裂带表现为紧密,具有相对封闭性;而张应力产生的断层易起通道作用.此外,断面缓倾较断面陡倾封闭性相对较好.断层带内,地下水中溶解物质沉淀,将破碎带胶结起来形成封闭.塑性较强的地层中产生断层时,会在断层面形成致密的断层泥涂抹.横向封闭性取决于断距的大小,以及断层两侧岩性组合的接触关系,若断层两侧的渗透性岩层不直接接触就可起到封闭作用.实验表明,当岩层和断层内孔隙流体压力增大时,将削弱岩层之间的剪切力,利于岩层沿断层面滑动.断层的性质和产状在很大程度上也决定了断层在CO 2地质储存中的封堵或通道作用.一般受压扭力作用的断层,断裂带接触比较紧密,断层面具有封闭的性质,有利于对CO 2的封堵;而张性断层则恰好相反,相对有利于CO 2逃逸[12].3.2.2 盖层扩散裂隙构造逃逸通道盖层是指位于储层上方,能阻止注入的CO 2向1256 冰 川 冻 土32卷上逸散的地层.储层注入CO2后,地层压力都会增加,当压力增加到一定程度后,易诱发盖层中潜在的微裂缝或裂隙产生,从而降低封闭性.如果盖层过薄易被注入的CO2突破,造成逃逸[11].因此,盖层质量的优劣直接影响着CO2地质储存的有效性与安全性,盖层是否逃逸也成为判定CO2地质储存安全性的重要标志之一.应力对盖层的封闭性能有着不可忽视的影响作用.应力可以使盖层发生变形,在局部产生裂缝甚至破裂,从而破坏盖层的连续性,而且一旦在盖层中产生裂缝或断裂,盖层的封闭性能将大大降低[18].在张应力和压应力环境中,岩石都可以发生上述三种类型的破裂,但是相同的破裂模式在两种应力类型中的断层倾角明显不同.张应力环境下产生的断层倾角较大,封闭性较差;而压应力环境下产生的断层倾角相对平缓,封闭性相对较好.应力对不同岩性盖层封闭性的影响程度和方式不一.由于膏盐具有明显的塑性特征,在应力作用下,易发生塑性变形,难以发生破裂,即使发生破裂也会因塑性流动而使断层封闭.因此,应力对膏盐岩封闭性能的影响较小.在压应力环境下,高的应力值可以使膏盐岩产生异常高的流体压力,使其封闭性能增强;在张应力环境下,由于应力值较小,对膏盐岩的封闭性影响亦相对较小.因白云岩、石灰岩岩性致密,具有明显的脆性特征,在应力作用下易发生破裂,形成释压通道,使其封闭性能大大降低.应力对泥岩的封闭性影响表现为3个方面:1)高的应力值可以对泥岩产生构造压实作用,使其孔渗性减小,使封闭性能增强;2)高的压应力值可以使欠压实泥岩产生超压,增强封闭性能;3)应力可以使泥岩发生破裂,产生裂缝,使封闭性能降低. 盖层的有效性主要取决于4种因素:1)盖层的岩性.盖层泥质含量对盖层的封闭性有很大的影响.泥质含量增加会降低岩层的渗透性和优势孔隙半径大小及其分布,从而增加岩石的排替压力;2)韧性.岩石韧性对盖层封闭性影响的本质是通过影响断裂与裂缝形成的难易程度来间接控制盖层封闭性.与脆性岩石相比,韧性岩石构成的盖层不易产生断裂和裂缝.通常的韧性大小顺序为:盐岩∋硬石膏∋富含有机质页岩∋页岩∋粉砂质页岩∋钙质页岩∋燧石岩;3)盖层厚度.盖层越厚越有利,厚度大不易被小断层错断,不易形成连通的微裂缝;厚度大的泥岩,其中的流体不易排出,从而形成异常压力,封闭能力相应增加;4)连续性与分布面积.在CO2地质储存区域至少有一个区域性盖层,展布面积大于设计使用年限CO2羽扩散范围才能形成有效封闭.因此,盖层大范围内连续分布有利于CO2地质储存[19].盖层逃逸的方式主要有3种方式:盖层渗透逃逸、盖层扩散逃逸和盖层裂隙逃逸[20].CO2通过盖层逃逸由盖层渗透率、突破压力和扩散系数等特性决定.盖层是否存在渗透逃逸取决于盖层的突破压力和注入气体的压力,若注气压力大于突破压力,气体会在盖层孔隙内流动,从而突破盖层,其逃逸快慢与盖层渗透率、突破压力、注气压力和盖层厚度等因素有关.盖层的扩散逃逸主要取决于盖层气体扩散系数、盖层上下气体浓度以及盖层的厚度等因素.而盖层的裂隙或油井逃逸由裂隙的渗透率、端口压差等因素决定[21].3.2.3 构造成因地裂缝通道地质构造成因的,特别是活动断裂蠕动产生的地裂缝有可能成为CO2逃逸的近地表通道.构造成因的地裂缝是构造活动在地面上反映出的最新构造形迹,是地应力作用的结果[22].构造成因地裂缝具如下特点:多分布在发震构造和孕震构造沿线,其走向多与构造线相一致;有明显的方向性,延伸方向受构造应力或活动断裂控制明显,不受地形地貌、气象水文、岩土介质条件以及地表建筑物类型等因素影响,可穿越不同的土质、微地貌单元和各类建筑物,断续连接成带;往往表现出明显的水平方向应力作用的结果,可出现张性、压性、张扭性、压扭性等不同性质的裂缝,或者是几种性质裂缝按一定规律排列的集合体.中国构造成因的地裂缝始于20世纪60!70年代,中国华北地区地面广泛发育了以张性为主的地裂缝,排除各种非构造因素,其构造成因是明显的.该构造裂缝是新构造断裂运动最新活动的一种表现形式,称之为现代地裂运动[23].中国地裂缝在区域分布上具不均一性.多数成带分布有地裂缝的地区,实际上反映了与地裂缝直接有关的构造破裂带的存在.这些地裂缝带多数又对应有成带地震集中分布,地震带和与其对应存在的地裂缝带一样,均反映了与地震直接有关的构造破裂带的存在,它们本同出一源,是构造破裂带活动的不同构造现象.3.2.4 地震成因的CO2逃逸通道地震、火山喷发等突发事件被认为是CO2逃逸12576期张森琦等:二氧化碳地质储存逃逸通道及环境监测研究。
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⑥
２ ０ １ ３ Ｓ ｃ ｉ ． Ｔ ｅ ｃ ｈ ． Ｅ ｎ ｇ ｒ ｇ ．
Ｃ Ｏ ２驱与埋存 中流体 运移监测方法 与结果
黄 海东 张 亮 任韶 然 陈国利 张 华
（ 中国石油大学石油７ － 程学 院 ， 青岛 ２ ６ ６ ５ ８ ０ ；吉林 油田勘探开发研究院 ， 松原 １ ３ ８ ０ ０ ０ ）
Ｃ Ｏ 的实 践经验 。
效率和波及 系数、 获得最 大 的采收率 和 Ｃ Ｏ 埋存 量， 并预测 Ｃ Ｏ ： 突破 时间、 制定经济有效的油气 取 样分析频率。分析 了吉林油 田 Ｃ Ｏ ： 驱与埋存示 范
工 程 中各 种监 测技 术 与获 得 的结果 ， 并对 不 同监 测
结果进行 了对 比分析 。
Ｃ Ｏ ： 通过大孔道、 自然和压裂裂缝、 高渗带的气
窜对 于流体 运移 和驱 替 前 缘 的影 响 很 大 ， 且本 试 验
区井距较小 ， 这种影响更为显著 ， 但 是地面地震等 方法难 以监测较小的裂缝 ， 而试井方法可 以获取近 井地带裂缝发育对渗流的影 响。此外 ， 通过试井方 法还可以获取储层渗透率的信息。
１ ． ３ ． ２ 生产 气 油比 （ Ｇ Ｏ Ｒ） 、 Ｃ Ｏ ，含 量 、 原 油 产 量
有 明显影响， 但是通过常规 的地震等方法难以发挥
作用 ， 需要采 用一 些能够 较好地 识别 裂缝 的方法 。 储 层测试 的监 测方 法如下 。
１ ． １ ． １ 试 井测试
在项 目实施过程 中监测流体运移和驱替前缘 ， 可评价提高采收和埋存的效果 ， 校准和验证 Ｃ Ｏ 运 移模型的模拟结果以及地质模型的精确性 ， 更加准 确地预测长期 Ｃ Ｏ ： 埋存的效果。此外 ， 监测结果也
缘运移情况。不同的监测方 法得到 的结果基本吻合 ， 验证 了监测结果的准确性。 关键词 Ｃ Ｏ ： 驱 Ｃ Ｏ 地 质埋存 流体运 移 Ａ 驱替前缘 监测 中图法分类号 Ｔ Ｅ ３ ３ １ ． ３ ； 文献标志码
Ｃ Ｏ 的地质埋存是减少温室气体排放 、 应对全 球变暖的一个重要途径 ｊ ， 将Ｃ Ｏ 注入油气藏 中 可以提高原油采收率 、 获得可观 的经济效益 ， 而且 构造封闭性可 以得到较好 的保 证 ， 。吉林 油 田 Ｃ Ｏ 驱与埋存示范工程是中国第一个在衰竭油气藏 中实施 的 Ｃ Ｃ Ｓ （ ｃ ａ ｒ ｂ ｏ ｎ ｃ ａ ｐ ｔ ｕ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｓ ｔ ｏ ｒ ａ ｇ ｅ ） 项 目， 该 项目 将Ｃ Ｏ ： 注入经过水驱的油藏 ， 研究 Ｃ Ｏ 的运移 以及在油藏中发生 的物理、 化学反应 ， 以加深对于 Ｃ Ｏ 驱提 高采 收率 的认识 ， 并 获得 在油 藏 中埋存
试验区内井距较小 ， 压裂裂缝可能会对流体运
移产 生 明显 影 响 ， 因此要 清 楚来自地 掌握 压 裂 裂 缝 的延
３ １ 期
黄海东 ， 等： Ｃ Ｏ 驱与埋存 中流体运移监测方法与结果
９ ３ １ ７
伸方 向 和 距 离 。 可 以使 用 的 方 法 有 ： ① 井 下 微 地 震： 实施压 裂 过 程 中 ， 通 过 在 临 井 放 置 的井 下 传 感 器来接 收压 裂过 程 中产 生 的微 地 震 事 件 ， 并 通 过微 地震 事件 的空 间分 布 来 确 定 压 裂 裂 缝 的延 伸 方 向
１ ． １ ． ２ 压 裂裂缝监 测
可以为制定将来 的方案制定提供依据 ， 以提高驱替
２ ０ １ ３年 ６月 ２ ８日收到 国家“ 十二五” 科技重大
专项课题 （ ２ ０ １ １ ｚ ｘ ０ ５ ０ １ ６ － ０ ０ ５ ） 资助 第一作者简介 ： 黄海东 （ １ ９ ８ ８ 一） ， 男， 石油工程专业 硕士研究生 。研 究方向 ： Ｃ Ｏ ２ 驱与埋存 。Ｅ － ｍ ａ ｉ ｌ ： ｈ ｄ ｈ ｕ ａ ｎ ｇ ＠ｈ ｏ ｔ ｍ ￣ １ ． ｃ ｏ ｎ ｒ 。
吉林油田位于中国东北部 的松辽盆地 ， 示范工
程的第一阶段实施 于 Ｈ ５ ９区块 ， 该区块位于大情字 井油田中央断裂带西侧 ， 次一级北西向断裂带的断
垒带 上 ， 区块受控 于 首 尾相 接 的两 条 近南 北 向的反 向正 断层 ， 裂缝 相对 发育 ， 天然裂缝 以东西 向为 主。
摘 要
针对吉林 油田开展 的大规模二氧化碳捕集 与埋 存 （ ｃ ｃ ｓ ） 示 范工 程， 设 计并实施 了油藏流体 运移及驱 替前缘监 测项
目， 为后续方案 的优化提供依 据。监测 内容包括储层物性测试 、 Ｃ Ｏ ：分布监 测、 生产 井监测三方面。储层 物性测试 方面 ， 使用 了气相示踪剂、 压裂裂缝监测、 试井方法 ， 有效地反映 了井 间连通性及裂缝分布 。Ｃ Ｏ ： 分布监测方 面， 使用 了微地震前缘 监测、 大地 电位监测， 准确地描绘 了 Ｃ Ｏ ： 在储层 中的分布状况。 生产 井监测方 面， 通 过油、 气、 Ｃ Ｏ 产 出量监 测 ， 直 观地反 映驱 替前
第 １ ３卷
第３ １ 期
２ ０ １ ３年 １ １ 月
科
学
技
术
与
工
程
Ｖ ０ ｌ ＿ １ ３ Ｎｏ ． ３ １ ＮＯ Ｖ ．２ ０ １ ３
１ ６ ７ ｌ 一１ ８ １ ５ （ ２ ０ １ ３ ） ３ １ － ９ ３ １ ６ － ０ ６
Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ｄ Ｅ ｎ ￣ ｎ ｅ ｅ ｉ ｆ ｎ ｇ
１ 监测方法与技术
１ ． １ 储层 物性 测试
储 层物性 是影 响 储层 流体 渗 流 的根 本 原 因 ， 详
细准确的储层 物性信 息有助 于流体 和驱替前缘 的 运移 ， 也可以与流体运移和驱替前缘的检测结果进
行 对 比验 证 。需 要 注 意 的是 ， 裂 缝对 于 Ｃ Ｏ 的运 移