基于随机森林算法的二氧化碳驱油与封存主控因素研究

在碳达峰、碳中和目标背景下,二氧化碳驱油与封存是经济可行的碳减排的主要技术手段。明确影响二氧化碳驱油与封存效果的主控因素,是实现二氧化碳高效驱油与封存的基础。在行业标准算例PUNQ-S3模型的基础上,综合考虑二氧化碳与原油混相作用和二氧化碳构造、残余、溶解、矿化封存机理,构建了二氧化碳提高原油采收率与地质封存一体化数值模拟模型,结合随机森林智能算法,开展了影响二氧化碳驱产油量和封存量的储层和生产参数特征重要性分析,考虑驱油与封存时间尺度的差异,建立了参数时序特征重要性分析方法,实现了在不同二氧化碳驱油与封存阶段的主控因素分析。结果表明,二氧化碳驱油与封存时序随机森林模型准确性高,在二氧化碳驱油与封存前期,二氧化碳构造封存量受储层含水饱和度控制,溶解封存量受地层水矿化度控制;在二氧化碳驱油与封存中、后期,二氧化碳构造封存量则受储层渗透率控制,溶解封存量则受储层渗透率与地层水矿化度控制;残余封存量在二氧化碳驱油与封存前期较小,导致其主控因素不明显,在二氧化碳驱油与封存中后期受储层渗透率与含水饱和度控制;二氧化碳矿化封存量在整个二氧化碳驱油与封存阶段受地层水pH值与矿化度控制;二氧化碳驱油量在整个二氧化碳驱油与封存阶段受储层渗透率及含水饱和度控制。时序随机森林算法可以明确不同二氧化碳驱油与封存阶段的主控因素,为二氧化碳提高原油采收率和地质封存的高效实施提供了技术支撑。

基于走航的CO_(2)驱油与封存场地大气环境监测

CO_(2)驱油和地质封存项目中的泄漏风险是制约其发展的重要瓶颈,对地表大气中的CO_(2)开展监控被认为是预防项目泄漏风险、证实项目埋碳量的关键手段。该研究首次引入了CO_(2)走航监测技术,选取新疆克拉玛依油田CO_(2)混相驱试验区为研究对象,开展了地表CO_(2)泄漏特征监测。监测结果显示:该试验区周边行政区内9个功能区块的CO_(2)均值浓度为417.95×10^(-6)~767.59×10^(-6),清洁本底浓度为416.66×10^(-6)。试验区CO_(2)小时浓度变化与现场生产组织的作息呈现相关性,小时均值浓度为416.81×10^(-6)~420.69×10^(-6),与本底浓度差异不大,因此对大气环境影响较小。局部异常点出现于注气点、采油井、现场休息室、修井作业点、生活基地5类位置。注气系统中,储罐、换热器和注入泵有较明显检出,6组注气系统的泄漏值最大值低于CO_(2)长期接触限值,远低于CO_(2)短期接触限值。

低渗透-致密油藏CO_(2)驱油与封存协同评价方法

针对目前CO_(2)驱油与封存(CCUS-EOR)油藏工程理论缺少对CO_(2)驱油与封存协同评价指标及协同评价方法相关研究的问题,从CO_(2)驱油与封存双目标协同设计的角度出发,明确CO_(2)驱油与封存油藏工程方案设计原则,构建CO_(2)驱油与封存油藏工程评价指标体系。分析驱油与封存双目标评价指标间的内在联系,构建CO_(2)驱油指数和CO_(2)埋存指数。在此基础上,构建CO_(2)驱油与封存油藏工程协同评价指标:CO_(2)驱油与封存协同指数,建立CO_(2)驱油与封存协同评价模型,形成CO_(2)驱油与封存协同评价方法。低渗透-致密油藏试验井区的应用实例表明,该协同评价方法有助于明确CO_(2)驱油与封存油藏工程方案中关键注采参数的技术政策界限,所推荐方案能够同时实现驱油效果好和埋存量大的双重目标。

二氧化碳捕集、驱油与封存项目碳减排量核算方法

针对CO_(2)捕集、驱油与封存(CCUS-EOR)项目全流程温室气体减排量化和核证的难点,在温室气体自愿减排项目方法学框架下,通过研究项目各工艺环节核算边界、基准线排放和项目排放量核算方法、散逸和泄漏量化与预测模型,建立CCUS-EOR项目碳减排量核算方法,为CCUS-EOR项目温室气体减排量化提供核证依据。结合吉林油田CCUS-EOR工业示范项目全流程能耗、散逸和泄漏排放监测的实际数据进行核算,项目在现有80%埋存率下的净减排效率约为91.1%。不同浓度和规模的CCUS-EOR项目碳减排量核算和预测表明,在项目核算边界内,燃煤电厂为代表的低浓度气源CCUS-EOR项目年核证净减排效率约为37.1%,天然气制氢为代表的高浓度气源CCUS-EOR项目年核证净减排效率约为88.9%。该方法适用于核证计入期内多种基准线情景下CCUS-EOR项目的碳减排量核算,可为企业CCUS-EOR项目布局与产业规划提供决策依据。

CCUS驱油与封存的建模与优化研究

CCUS技术即二氧化碳捕集、运输、驱油与封存,是一项可以实现二氧化碳零排放的高新技术,而且还是能够显著提高原油采收率的重要手段。为实现对CCUS系统更深层次的研究,得到更多的研究成果,展开了对CCUS驱油与封存系统的重点研究。首先分析了CCUS三个子系统之一的驱油与封存系统理论的背景和意义,建立了CCUS驱油与封存过程的数学模型,完成了CCUS驱油与封存过程的建模的改进,最后对整体工作进行全面的总结与展望。

CO2捕集、运输、驱油与封存全流程随机优化

CO2捕集、运输、驱油与封存(CCUS)是一种缓解温室气体排放的有效手段。在工程实际问题中,由于温度、压力、碳价、电价等随机变量的存在,给CCUS全流程建模与优化带来了很大的困难。为了解决此问题,本文建立了CCUS全流程的工程-经济模型,并以烟气入口流量、管道入口压力、管道直径、泵站数量、注入井入口压力等作为决策变量,质量约束、排放约束、运输约束、存储约束等为约束条件,以CCUS全流程成本为目标函数,提出了一种随机优化期望值模型。并采用基于随机模拟的遗传算法对期望值模型进行求解,通过参数的合理优化配置,提出的优化方法解决了CCUS全流程随机优化问题。研究结果表明,该优化方法能够有效地降低CCUS全流程的成本,为此技术的发展提供了一种参考方案。

CO2驱油与封存中时移地震监测AVO模型研究——以鄂尔多斯盆地低孔低渗储层为例

针对鄂尔多斯盆地致密储层CO2驱替过程中时移地震监测可行性问题,以苏里格地区的致密含油砂岩储层为基础,首先利用考虑压力变化的Digby模型来进行干岩石体变模量和切变模量的计算。其次,利用Digby模型结合Gassmann方程进行横波速度和纵波速度预测,及注入CO2后随压力变化纵、横波速度的计算。然后以黄234井的含油储层测井数据为基础建立两层介质模型。最后,计算注入CO2情况下随地层压力和CO2饱和度变化情况下的AVO梯度截距。研究发现随着地层注入压力增大,梯度减小,截距增大;随着CO2饱和度增加,梯度减小,截距也减小;CO2注入前后的反射系数差异明显,致密砂岩油层注入CO2后,其AVO特性呈现第二类含气砂岩的特征,可以被二次监测地震有效地监测出来。

中国碳捕集、驱油与封存技术进展及发展方向

CO_(2)捕集、驱油与封存(CCUS-EOR)在提高石油采收率的同时可以实现碳封存,对保障国家能源安全和实现"双碳"目标具有重要意义。通过梳理国内外CCUS-EOR的发展历程,系统阐述了CO_(2)捕集、驱油与封存等不同环节的技术进展及工程实践现状,指出了CCUS-EOR的下一步发展方向。针对CO_(2)捕集技术,分析了燃烧前、燃烧后、富氧燃烧和其他新型碳捕集技术的原理、技术特点以及应用场景,指出捕集成本高、工艺创新不足是制约CO_(2)捕集技术商业化进程的主要问题。剖析了中国CO_(2)驱油与封存从非混相驱、混相驱到高压混相驱的技术发展历程,创新发展了以提高原油混相程度和扩大波及为核心的陆相沉积油藏CO_(2)高压混相驱油与封存开发理念,形成了涵盖井网井距优化、水气交替、注采耦合和化学封窜的CO_(2)驱油与封存油藏工程设计技术,并形成了长距离管道输送、高效注入和安全监测等相关配套技术。针对中国CCUS-EOR发展过程中面临的挑战和重大技术需求,提出大力发展CO_(2)低浓度气源高效低能耗捕集技术、CO_(2)驱油与封存一体化优化关键配套技术、CO_(2)排放源与含油气盆地源汇匹配优化技术和CCUS全链条产业化集群化体系建设的攻关方向,从而为CCUS-EOR实现大规模商业化应用提供支撑。

延长油田CO_(2)大气扩散数值模拟研究及监测点位优化

由于陕北地区局部气象环境复杂,造成CO_(2)浓度扩散方向的不确定性,同时,延长油田地处黄土塬,地貌沟壑纵横高低起伏,导致布置CO_(2)大气监测点位困难。本文基于Fluent软件模拟了不同泄漏情景下CO_(2)驱油与封存泄漏后在大气中的扩散规律,优化监测点位布局,并开展了监测实践。研究结果表明:随着风速的不断增加,CO_(2)云的浓度在纵向上呈现出一直缩小的趋势,但是CO_(2)云的浓度在横向上的扩散距离呈现出先增大后缩小的趋势;当风速为2.0 m/s时,CO_(2)云的扩散距离最远为47 m,浓度最大的CO_(2)云扩散距离为15 m;随着泄漏速度的增大,近地表处CO_(2)云的浓度无论是在纵向上还是在横向上都在不断增大;当泄漏速度小于0.4 m/s时,随着泄漏速度的增加,CO_(2)云的扩散距离增加得较快;当泄漏速度大于0.4 m/s时,随着泄漏速度的增加,CO_(2)云的扩散距离增加速率变缓。结合模拟结果、陕北地区气象环境、裂缝发育方向、“注气”优势方向和近地表植被高度,确定监测点位布局:方向上为北东—南西向;平面上为距离井口下风向15 m;纵向上为采样高度50 cm。CO_(2)浓度大气监测点的监测结果表明并未发生泄漏。