CO_(2)增强页岩气开采及地质埋存的三维数值模拟

将CO_(2)注入页岩储层中,既可以提高气藏天然气采收率,又可以达到CO_(2)地质埋存的目的,是实现减少碳排放的有效途径之一。页岩储层非均质性强,将CO_(2)注入页岩储层后,储层纵向非均质性对于CO_(2)增强CH_(4)开采效果的影响机理研究还存在不足。为此以四川盆地上奥陶统五峰组—下志留统龙马溪组页岩储层为对象,以考虑CO_(2)和CH_(4)竞争吸附的热—流—固多场耦合数值模拟方法为基础,建立了页岩非均质储层CO_(2)增强CH_(4)开采及地质埋存一体化三维数值模型,最后通过CO_(2)驱替CH_(4)室内实验结果验证该数值模拟方法的可靠性。研究结果表明:①当注入井所在层位保持不变时,随着开采井埋深增加,各小层内CH_(4)剩余量呈增加趋势,CO_(2)埋存量表现出逐渐减小的趋势;②当开采井所在层位保持不变时,各小层内CH_(4)的剩余量随注入井埋深的增加而减小,各小层内CO_(2)的埋存量随注采井纵向间距的增加而提高;③增加注采井纵向距离能够提高CH_(4)增产量和CO_(2)埋存量。结论认为,页岩对CO_(2)和CH_(4)有较强的竞争吸附特性,相关过程是一个复杂的热—流—固耦合过程,该基础理论模拟研究对注CO_(2)置换CH_(4)提高页岩气采收率并实现碳封存具有现实意义,且研究认识对今后相关技术的现场应用提供了理论支撑。

超临界CO_(2)开采页岩气微观渗流机理研究进展

超临界CO_(2)开采页岩气可以提高页岩气采收率,实现CO_(2)的地质封存。从页岩气的吸附与解吸、CO_(2)与CH_(4)的竞争吸附、多尺度空间传质过程以及多场耦合作用下的页岩气渗流机理等几个方面介绍了超临界CO_(2)条件下页岩气渗流机理的研究现状。其中,由于吸附滞后现象的存在,需要同时考虑解吸模型。对于竞争吸附机理,从动力学直径、临界温度、分子极性和扩散速率等方面解释了页岩对CO_(2)的吸附能力强于CH_(4)的原因。

页岩对CO2的绝对吸附量及其影响因素试验研究

为研究页岩在CO2作用下达到吸附平衡过程中对CO2的绝对吸附量(na)及其影响因素,考虑吸附相体积和页岩体积应变两个因素对吸附系统自由空间体积的影响,基于质量守恒原理推导了适用于“阶段平衡法”的CO2绝对吸附量计算模型。利用自主研发的“高温高压页岩吸附膨胀仪”开展了0~16 MPa CO2压力下页岩吸附-变形试验,结合试验计算结果分析了CO2质量注入量、吸附相体积、试件体积应变3个因素对na的影响。结果表明:低CO2压力下使用该模型计算的na值与常规绝对吸附量经验公式计算结果较为一致,当CO2压力高于4 MPa时CO2绝对吸附量的计算值明显大于经验公式计算结果,且差值随平衡压力升高而逐渐变大;拟合结果显示:na与CO2平衡压力满足指数函数关系。由CO2质量注入量因素所引起的吸附量占na的比例随平衡压力升高持续降低;由吸附相体积因素所引起的吸附量占na的比例随平衡压力升高而增加,在平衡压力高于6 MPa后达到50%以上,吸附相体积因素成为影响na的主导因素;由CO2质量注入量与吸附相体积因素所引起的吸附量占CO2绝对吸附量的95%以上,而页岩体积应变因素所引起的吸附量对na的影响较小,占na的比例始终位于5%以下,但对其他吸附质如煤而言,吸附CO2产生的体积变形量可达试件体积的10%,此时体积应变因素将对na产生较为显著的影响。

基于InSAR数据分析四川盆地南部长宁页岩气区块地表形变场基本特征

近年来随着我国页岩气大规模开采,四川盆地南部活动构造相对稳定的地区出现了一系列微震和有感地震,甚至是破坏性地震。这些地震是否为工业开采所诱发,目前已有研究从时空相关性给出了一些统计推断,本文则从形变观测角度分析页岩气开采能否产生可以检测到的地面形变,以揭示形变信息与页岩气开采的关系,尝试为页岩气开采提供有效的监测手段。基于长波ALOS-2卫星雷达数据对长宁页岩气区块近两三年内的InSAR地表形变展开探测,检测页岩气大规模生产可能造成的地面形变及其基本特征,同时使用Sentinel-1卫星雷达数据分析页岩气开发活跃时段内的形变时间序列信息。结果显示:考虑到不同观测技术的误差水平和观测角度差异,两种卫星数据均反映了一致的地表形变分布,且形变场与页岩气开采井的空间分布有很好的对应关系;压裂注液过程会造成地表快速隆升,生产过程中随着流体扩散地表会出现沉降和水平运动,初步揭示出页岩气生产过程中地面形变的非稳态变形特征。这表明在四川盆地南部复杂的形变观测条件下,InSAR技术是页岩气开采有效的监测手段,能够弥补地震学观测的不足。

页岩气开发与二氧化碳地底封存同步实施分析

页岩气是储藏在页岩地层中可供燃烧、发电、供热等用途广泛的一种低污染、高效能的能源。因为页岩气分布范围广、厚度大,含气较普遍,页岩气产气速率较稳定,使得页岩气的开发具有开采寿命长和生产周期长的优点。我国页岩气可开采的储量大,估计可采量与常规天然气量相当,因此页岩气等非常规油气资源的开发利用在未来可以解决能源不足的问题,为中国经济发展与环境保护提供协同共进的条件。除此之外,CO2过量排放引起的全球温室效应导致气候变化成为全人类保护生态环境的严重问题。根据CO2在泥页岩中吸附能力强于甲烷的特点,利用超临界CO2注入页岩气层中置换出甲烷,从而提高页岩气的开采效率,减少水资源使用浪费。因此,注入超临界二氧化碳在提高页岩气的开采率同时还能完成二氧化碳地底的封存,为打好三大保卫战和实现中国经济发展与环境保护协同共进提供良好的条件,也为全球节能减排、低碳环保贡献一份力量。