咸水层CO_(2)封存注入阶段盖层泄漏风险的数值模拟

为探究CO_(2)封存过程盖层封闭性变化,以某区块咸水层为研究背景,在数值模拟的基础上,以盖层密封性和力学完整性损伤研究为主线,基于两相渗流理论,建立了气-水-固多场耦合模型,通过改变注气速率和总量,对储层流体运移规律、盖层密封性和力学完整性变化进行研究。结果表明:随着与注入井径向距离的增加,CO_(2)-盐水界面形状逐渐垂向增加,泄漏量与注气总量和注气速率相关;通常在盖层力学失效前,盖层密封性就已经受到破坏,拉伤区通常先发生在注射孔周围。

含水饱和度对盖层CO_(2)突破压力影响的数值模拟研究

CO_(2)地质注入与封存是减少大气温室气体排放的重要手段之一。为评估盖层完整性,必须确定不同条件下CO_(2)突破盖层的压力。基于气水两相渗流理论,建立岩心尺度模型,研究不同含水饱和度对CO_(2)突破盖层压力的影响。方法上,采用有限元软件,通过设置插值函数,模拟不同含水饱和度条件下岩心中CO_(2)驱替水的过程。结果表明,随着含水饱和度的增加,CO_(2)突破压力不断增长,两者之间建立了拟合指数方程。同时,岩心内部毛细压力随着CO_(2)注入过程而逐渐降低。研究认为含水饱和度是影响CO_(2)突破压力的关键因素,并对毛细压力的变化进行了微观机理分析,对实际工程实践提供了理论支持。

基于四维动态地质力学的碳酸盐岩储气库承压能力分析

盖层动态密封性和断层动态密封性是储气库的主要评价指标,对储气库的安全运行具有重要意义。针对储气库盖层与断层静态评价体系的不足,以国内华北地区某碳酸盐岩型储气库为背景,结合测井资料开展岩石力学实验,建立岩石力学动静态参数转换模型和储气库四维地质力学模型,反演地质体初始应力场,开展储气库地质体承压能力分析,获得储气库在注采条件下的四维动态应力场信息(三维应力场在时间维度下的信息)。四维地质力学计算结果表明,当前上限压力(47 MPa)下盖层及断层破坏风险较低,当储气库上限压力提高到49 MPa时,盖层及断层仍然没有发生破坏,结合地面压缩机运行能力,确定储气库上限运行压力为49 MPa。四维动态应力场的建立为储气库的提压扩容提供了科学理论依据。

基于CO_(2)注入的断层失稳渗流—应力耦合分析

低渗断层区域在CO_(2)注入过程中可能发生破坏。为确保注入过程中断层区域的力学稳定性,根据多孔弹性及断层稳定性理论,建立断层稳定性影响因素分析模型,研究M区块含水层圈闭构造低渗断层稳定性变化规律,进行断层区域稳定性评价。结果表明:在CO_(2)注入条件下,M区块断层区域达到临界失稳时间为16个月。低渗正断层周边应力场受到孔隙压力变化及储层膨胀的影响而表现为不同程度的波动,正应力场及剪切应力场变化对断层区域稳定性造成显著的影响。该结果为相似地质条件区块断层稳定性评价提供参考。

碳酸盐岩储气库盖层动态密封性评价研究

注采扰动会导致碳酸盐岩储气库盖层微观孔隙结构发生不同程度的弹塑性变形,甚至会使盖层发生宏观破坏,从而导致盖层泄漏。针对储气库高速往复注采的特点,从地质特征、毛细管物性密封和宏观力学完整性三个方面出发,开展了注采条件下的盖层动态密封性评价。以Q储气库碳酸盐岩盖层为背景,通过开展注采条件下的动态密封性试验,明确了交变力学对于盖层动态密封性的影响,发现交变荷载下渗透率和突破压力呈现出下降—稳定—上升的趋势,当围压较大时,规律主要表现为下降—稳定;通过研究应力—应变曲线及声发射特征,明确了盖层疲劳破坏风险及声发射特征,表明注采条件下交变疲劳破坏风险较低;综合运用AHP和可拓学理论,对碳酸盐岩储气库盖层动态密封性进行综合评价,Q储气库评价为盖层动态密封性极好。评价体系的建立为碳酸盐岩储气库盖层动态密封性评价提供了科学依据。

地下储气库非均质盖层渗漏通道形成过程数值模拟分析

盖层受沉积、构造、成岩、地貌等多种因素的影响,往往夹带发育砂体,这些砂体严重影响着盖层的封闭能力。以国内某储气库为背景,基于对盖层中随机砂体的认识,分别建立了考虑盖层岩石非均质性、砂体的空间位置、砂体渗透系数以及砂体间间距的4种概念计算模型。以Comsol软件为平台,采用渗流-应力耦合模型研究地下储气库非均质盖层渗漏通道形成机制。经过一系列模拟计算,研究结果表明:砂体体积占盖层体积比例较低的情况下,盖层中随机分布的砂体仍然会形成流体的渗漏通道;当砂体渗透性越好时,盖层中越易形成流体的渗漏通道;随着盖层中砂体之间距离越大,流体在砂体间的渗流阻力越大,越不利于渗漏通道的形成。综合分析可知对盖层的封闭性评价时,必须同时考虑盖层岩石微观和宏观上的岩石分布特征。

气藏型储气库圈闭应力场扰动规律及影响因素分析

气藏型储气库的季节性周期注采过程引起储层局部压力变化,圈闭应力场受到扰动,应力路径发生改变。基于渗流—应力耦合理论,考虑储气层—盖层—底板—围岩复合地质体,建立储气库力学数值模型,分析天然气注采周期内储气库圈闭应力场及应力路径变化,探讨盖层物理力学参数对储气库圈闭应力场的影响。结果表明:注采作业后,储气库圈闭应力场不均匀分布,距离储层越近的应力场受扰动程度越大,储层与盖层交界面受扰动程度最大,其次是盖层与底板交界处,上覆层受扰动程度最小;采气阶段的应力场受扰动程度大于注气阶段的,且垂直总应力增量大于水平总应力增量,水平总应力增量大于剪切应力增量;应力路径在储层与盖层交界面发展速度最快,在储气库圈闭水平距离内,垂直应力路径因数总体发展趋势为先下降后上升,水平应力路径因数为先上升后下降;盖层物理力学参数对储层与盖层交界面的应力场扰动程度由大到小依次为:盖层弹性模量、盖层渗透率、盖层泊松比。该结果为气藏型储气库建库设计及安全运行分析提供依据。