CO_(2)驱不同注入方式对低渗透储层渗流能力的影响

CO_(2)驱是提高低渗透储层采收率有效的技术手段。CO_(2)与原油接触后使体系中的沥青质以固体形式沉积下来,对储层造成一定堵塞,但同时发生的溶蚀作用整体上提高了储层渗流能力,且不同注入方式下CO_(2)驱对低渗透储层渗流能力的影响具有一定差异。开展了CO_(2)连续注入及CO_(2)-水交替注入后有机垢堵塞机理实验、储层润湿性实验及CO_(2)-水溶液对岩石的溶蚀评价实验,并对相对渗透率曲线参数变化特征进行评价,定量表征了CO_(2)驱不同注入方式对低渗透储层渗流能力的影响程度。结果表明:CO_(2)驱产生的有机垢会对岩石孔喉造成堵塞,但整体上CO_(2)与绿泥石反应导致的溶蚀作用更强,使得低渗透储层采收率有效提高;且CO_(2)-水交替注入比CO_(2)连续注入引起的有机垢堵塞要弱,溶蚀作用效果更好,渗透率损失率更低,能够在中、大孔隙中取得更好的驱油效果,整体上更能增大岩石孔隙空间和渗流通道,使得低渗透储层采收率有效提高。

热-流耦合与热-流-固耦合作用下的水气交替及间歇注入对咸水层CO_(2)溶解封存的影响

基于TOUGH+软件架构,结合更为准确的物理性质计算模型,建立了适用于咸水层CO_(2)封存的热-流耦合模拟方法,并使用固定应力分割迭代耦合模型将其与RGMS软件耦合,改进了热-流-固双向耦合模拟方法,建立了准确性更高的热-流-固迭代耦合模拟方法。基于鄂尔多斯盆地地质特征构建的地质模型,使用热-流与热-流-固迭代耦合方法模拟咸水层CO_(2)溶解封存过程,研究了水气交替及间歇注入方案对CO_(2)溶解量、孔隙压力和地层形变的影响。结果表明:热-流-固迭代耦合模拟能帮助设计更加合理的注入方案;仅用水气交替注入方式可提高CO_(2)溶解量;间歇注入有助于孔隙压力与地层形变恢复。研究结果可为咸水层CO_(2)溶解封存提供理论指导。

低渗透CO_(2)驱注入井注入困难原因分析与防治对策

CO_(2)的平稳注入是低渗透油藏CO_(2)驱扩大波及体积与提高采收率的保障,针对CO_(2)驱注入井、水、气交替过程中陆续出现的油管缩径、油管堵塞、近井油层堵塞等引起的注入困难问题,依托注水管线冲洗、连续油管冲洗返吐等方式,对储层、井筒、井口、管线等重要节点,开展了岩心、水质、固体沉积物、堵塞物取样分析,结果表明:由于注入水水质不合格,含油、机杂以及FeCO_(3)、FeS、CaCO_(3)等腐蚀结垢产物的二次污染是引起注入困难的主要原因。根据不同堵塞位置,优选设计了连续油管热洗+钻磨、连续油管旋转喷射+解堵液等解堵治理技术与措施,有效解除了井筒及近井地带堵塞现象。同时,针对欠注原因,优选了防腐药剂体系,配套了接力加药工艺与井口过滤器,形成了日常防控技术措施,保障了地面管线内防腐效果与入井流体合格,减少了管线、井筒、地层二次污染。通过防治技术相结合,保障了CO_(2)驱注入系统高效、平稳注入。

CO_(2)驱后水气交替注入驱替特征及剩余油启动机制

水气交替注入(WAG)是特低渗透油藏提高采收率的有效手段之一,但在CO_(2)连续气驱后实施WAG驱,仍然存在驱替特征模糊、剩余油启动机制不明确等问题。以海拉尔油田贝14区块为研究对象,借助Micro⁃CT研究WAG驱启动剩余油的微观作用机制,同时通过长岩心驱替实验研究CO_(2)驱后水气交替注入的驱替特征。Micro⁃CT实验结果表明:目标区块大孔隙的体积比例超过85%,在被CO_(2)全部动用后成为了气窜通道,采收率仅47.95%;CO_(2)驱后WAG驱不仅启动次级大孔隙中的剩余油,对中小孔隙的剩余油也有不同程度的动用。长岩心实验结果表明:在CO_(2)驱后开展WAG驱,水和气段塞需要交替注入一定量(0.40 PV左右)后采收率才能大幅度增加,气水比和段塞尺寸存在最优值,分别为1∶1和0.10 PV,该条件下WAG驱的采收率增幅主要由第3、4交替轮次所贡献,10轮次的水气交替注入可在CO_(2)驱的基础上提高采收率18.68百分点。研究成果可为特低渗透油藏CO_(2)驱后进一步提高采收率提供理论支撑。

超临界CO_(2)分层注入井气嘴压力损失研究

CO_(2)驱分层注气工艺可以使CO_(2)均衡注入各层,有效减小CO_(2)气窜风险,合理配注各层流量是CO_(2)驱分层注气现场试验的关键。针对CO_(2)驱分层注气工艺,建立CO_(2)在超临界状态下通过气嘴的压力损失计算模型,确定CO_(2)流体在超临界状态下的气嘴压力损失图版。分析井筒温度和地层压力对CO_(2)驱压力损失的影响,便于现场对气嘴压力损失图版进行校正。同时设计了气嘴口径系列,确保在现场分层流量调配中选用合适口径气嘴。研究成果在某油田CO_(2)驱注气井的现场试验表明,选择合适气嘴后的实际注入流量与目标注入流量的误差约为1%,有效提高了CO_(2)驱分层流量调配精度,简化现场工艺流程和降低成本,为CO_(2)驱分层注气的气嘴选择和现场分层流量调配提供依据和指导。

低渗砂岩油田CO_(2)驱化学机理及提高采收率研究

针对低渗砂岩油藏进行了CO_(2)驱开发技术研究,分析了CO_(2)驱油化学机理及主要影响因素。基于目标油藏流体特征进行了PVT拟合,确定其CO_(2)驱最小混相压力,明确了不同压力及注入时机对CO_(2)驱采收率、气油比、含水率及驱动压差等的影响规律,探究了CO_(2)泡沫驱在提高采收率方面的效用。结果表明:24.5 MPa为目标区域CO_(2)驱的最小混相压力,采收率会随着压力的升高而增加,28 MPa时CO_(2)驱提高采收率可达30.57%。气体突破时间、总采收率与CO_(2)注入时机密切相关,CO_(2)注入越早,越有利于采收率的提高,出口含水率为60%时注入可提高采收率39.13%。CO_(2)泡沫驱可以在一定程度上起到提高采收率的效用。

页岩油注CO_(2)过程中重有机质沉积预测

综合考虑页岩基质纳米孔隙中吸附引发的限域效应、毛管压力作用及极性分子间的缔合作用,建立页岩油重有机质沉积预测模型及求解方法,并选取典型区块页岩油样开展重有机质沉积预测,对比分析页岩油重有机质沉积相边界的变化规律及CO_(2)注入对重有机质沉积相边界的影响。结果表明:缔合作用加剧低温区间的重有机质沉积风险,而高压区间内的重有机质沉积现象受纳米限域效应的影响更加显著;考虑耦合效应时,典型油样在CO_(2)注入量(摩尔分数)仅为5%时的重有机质沉积压力上限可达26.57 MPa,相比于未注气的情况下提高3 MPa;页岩油注CO_(2)过程中的重有机质沉积风险最大,控制CO_(2)注入量和避免地层压力降低过快是潜在的规避重有机质沉积风险的有效手段。

海洋直接注入CO_(2)封存技术方法综述

人类活动造成的CO_(2)排放是全球气候变暖面临的主要挑战之一。CO_(2)封存有望成为全世界减少碳排放份额最大的单项技术。海洋碳捕获、利用和封存(OCCUS)可以在较短时间内提供最大的碳封存能力,与其他地质封存方法相比更加安全有效。而且,多相态形式的CO_(2)(气态、液态、固态和水合物)可以在海洋纵深尺度上实现直接注入。海洋碳封存是一项发展潜力巨大、优势明显的新兴碳封存技术,是实现大规模碳减排的重要措施之一,具有广阔的应用前景。因此,笔者等系统地阐述了海洋CO_(2)直接注入、封存(OCS)的基本原理、技术现状、监测与评估,以及环境方面的影响,并对高效CO_(2)注入技术,CO_(2)泄漏的检测、防范与补救技术,以及海洋碳封存的生态后效等方面进行了展望。

CO_(2)驱注入管柱温度压力耦合模型建立及其敏感性因素研究

为了准确分析CO_(2)驱注入管柱的受力情况,需要考虑CO_(2)流体在注入管柱内的相态分布,合理预测CO_(2)驱注入管柱温度场、压力场分布。首先,根据三大守恒定律建立了CO_(2)驱注入管柱温度压力及物性参数耦合微分方程;然后,根据四阶龙格库塔算法的计算步骤编制MATLAB程序分析某油田4口CO_(2)驱注入管柱的温度场与压力场;最后,对CO_(2)驱注入管柱的温度场、压力场分布进行了敏感性因素分析。结果表明:在CO_(2)驱注入的过程中,CO_(2)驱注入管柱的温度和压力均随地层深度的增加呈近似线性增长,流体温度在管柱1 400 m之后均超过临界温度(31.1℃),CO_(2)流体相态转变为超临界态;注入管柱温度场分布受CO_(2)流体注入速度影响最为显著,其敏感度系数达到3.10;注入管柱压力场分布受CO_(2)流体注入压力影响最为显著,其敏感度系数达到6.00。

室内CO_(2)浓度垂直分布状况及其增速延迟方法研究

本文通过实测实验方法,研究了密闭空间中CO_(2)扩散浓度的分布规律。测试分别选择办公室、教室、宿舍3种不同的密闭空间为对象,并在办公室内设计了一个简单的通风系统,以测试上送下回通风方式对CO_(2)浓度分布的影响。结果表明:人活动行为区域的CO_(2)浓度最高,当CO_(2)释放扩散后,在空间中的浓度呈现由高到低递减的变化;开启上送下回的内循环通风后,室内CO_(2)浓度上升的速率明显得到延迟。

鄂尔多斯盆地页岩油储层前置CO_(2)压裂流体分布特征

以鄂尔多斯盆地页岩油储层为对象,基于油藏数值模拟软件CMG-GEM及GOHFER,研究了CO_(2)注入量、闷井时间、储层水平/垂直渗透率比值、双水平井射孔压裂方式对流体分布的影响。结果表明:水平和垂直方向渗透率的差异性导致CO_(2)在水平方向波及范围较大,注入量对波及长度影响更为敏感,该研究条件下注入量为140 m^(3)时邻段水平波及范围出现交汇,可认定为最优注入量;延长闷井时间可增大CO_(2)波及范围,但注入量的影响程度更大,建议通过调节注入量来控制波及范围;水平/垂直渗透率比对CO_(2)波及范围影响较大,比值越大水平方向波及越广、垂向波及范围越窄,呈扁平状分布;对比双水平井拉链式与同步式射孔压裂,其中拉链式射孔压裂有助于提升CO_(2)波及范围,有利于油气开发。研究可为页岩油储层前置CO_(2)压裂工艺参数优化设计提供理论指导。

准噶尔盆地吉木萨尔凹陷页岩油藏注CO_(2)吞吐提高采收率机理

页岩油藏的成功开发在缓解我国能源紧缺的问题上发挥了重要作用,但衰竭式开发采收率较低,传统提高采收率的措施难以有效增产,因此明确页岩油藏注CO_(2)提高采收率的机理,对于探索页岩油的开发技术具有重要意义。为此,以准噶尔盆地吉木萨尔凹陷页岩油藏为例,开展了一系列注CO_(2)实验并结合流体注入能力和油气组分传质评价实验,揭示了注CO_(2)吞吐提高采收率的机理,并明确了注CO_(2)吞吐的埋存形式、埋存效率与其生产动态之间的耦合关系。研究结果表明:①CO_(2)的注入能力是水的7.77倍、N2的1.18倍;增加注入压力,促进CO_(2)与原油之间的相互作用,能有效提高CO_(2)的注入能力。②CO_(2)对原油物性的改善能力显著强于N2,在CO_(2)—原油组分传质的协同作用下,注CO_(2)吞吐的采收率比N2高6.84%。③原油膨胀和黏度降低是注CO_(2)吞吐前期提高采收率的主要机制,而后期主要通过CO_(2)对原油轻质烃类组分置换、萃取进一步实现了采收率的提高,混相压力(MMP)是注CO_(2)吞吐的阈值压力。④注CO_(2)吞吐过程中,埋存率从最初的77.77%持续降低到7.14%,不同形式CO_(2)的埋存比例具有动态变化的特征,但主要以游离态和溶解态埋存为主。结论认为,吉木萨尔凹陷页岩油藏注CO_(2)吞吐在提高采收率的同时实现了CO_(2)的埋存,实验结果为研究国内相似页岩油藏注CO_(2)吞吐提采—埋存效率提供理论支撑和经验借鉴。

低渗透油藏CO_(2)驱不同注入方式对提高采收率与地质封存的适应性

低渗透油藏已成为中国油气开发的重要领域,开展CO_(2)驱可实现提高采收率和CO_(2)地质封存的双重目的,但不同的注入方式对其适应性存在差异。以某低渗透油藏典型物性和流体参数为例,利用数值模拟手段论证了CO_(2)连续注入(CGI)、水气交替注入-气水段塞比恒定(CWAG)和水气交替注入-气水段塞比逐渐减小(TWAG)3种不同注入方式对提高采收率和地质封存的适应性。研究结果表明,3种注入方式对于渗透率为1 mD的储层累积产油量和CO_(2)埋存量最高,采用生产气油比约束的工作制度更有利于CO_(2)驱提高采收率或地质封存。CGI注入方式在生产气油比界限为0.4倍的最大生产气油比约束下生产,更适合CO_(2)地质封存项目,CWAG注入方式在生产气油比界限为0.2倍的最大生产气油比约束下生产,更适合CO_(2)驱提高采收率和地质封存相结合的项目,而TWAG注入方式在生产气油比界限为0.6倍的最大生产气油比约束下生产,更适合CO_(2)驱提高采收率项目。

双井周期注CO_(2)联合降压法开采天然气水合物分析

相较于单纯地封存CO_(2),CO_(2)置换法开采天然气水合物(以下简称水合物)能够满足水合物资源开采和碳封存的双重需求。为确保安全高效开发水合物的同时提高CO_(2)封存率,按照双井周期注入CO_(2)联合降压法开采水合物的思路,以中国南海典型水合物藏为研究对象,建立了矿藏尺度水合物注采热—流—固—化四场耦合数值模型,并开展了连续、间歇、循环3类注入开采方案和单井降压开采方案的对比分析,然后模拟分析注CO_(2)辅助水合物降压开采的增产效果,最后对比了不同注入方案的CO_(2)回收和封存情况,探索了水合物法碳封存的可行性。研究结果表明:(1)邻井CO_(2)的注入有助于降低产水量并缓解降压开采引起的地质沉降;(2)间歇注入较循环注入可促进储层中CO_(2)水合物生成,扩大注入井附近的高温区域,有利于生产井附近水合物的分解;(3)连续注入方式有利于分解气体的产出,但双井注采模式降低了甲烷水合物分解程度;(4)双井注采的CO_(2)注入分为快速注入阶段、反转阶段和缓慢注入阶段,其中双井间歇注入方案的CO_(2)注入效率最高。结论认为,双井间歇注入CO_(2)复合降压法能够在安全、高效开采水合物的同时具有相对可观的碳封存效果,是一种实现水合物商业化开采和助力双碳目标实现的潜在方法,研究成果对于天然气水合物开发及CO_(2)地质封存具有理论指导意义。

注CO_(2)对地层油高压物性影响规律实验研究

注CO_(2)地层油的高压物性是分析CO_(2)驱油与埋存机理、优化其技术方案的基础。针对DQ油田M区块,采用脱水原油和天然气样品配制的模拟地层油开展实验,探索注CO_(2)对地层油高压物性的影响规律。结果表明,注CO_(2)使地层油的饱和压力和溶解气油比升高、体积系数和膨胀率增大、密度和黏度降低;CO_(2)注入越多,地层油高压物性的有利于变化程度越大。从地层油物性变化程度和经济角度,M区块进行注CO_(2)开采原油时,注CO_(2)占比以1.00~1.40为宜,相应注气压力为17~20 MPa。

CO_(2)辅助增能压裂气体注入时机优选研究

CO_(2)增能压裂与常规水力压裂相比,具有压后增能、返排迅速、对储层伤害小以及单井产能高等优势,在非常规油气藏高效开发中发挥着重要作用。为优化CO_(2)辅助增能压裂过程中气体的注入时机,通过多孔介质气体扩散微观数值模拟、油藏数值模拟方法等分别从微观和宏观角度研究了不同注入时机下CO_(2)波及范围及地层压力分布规律,对比了不同储层物性及CO_(2)注入速度对CO_(2)增能效果的影响。研究结果表明:1)CO_(2)前置注入井筒附近含水饱和度低,CO_(2)伴注井筒附近含水饱和度高,CO_(2)前置注入扩散进入深部地层的CO_(2)量比CO_(2)伴注增加了约50%,深部地层压力上升更多;2)储层物性对CO_(2)增能效果有一定影响,CO_(2)注入过程中,随着孔隙度、渗透率由1%和0.003 mD变为10%和0.01 mD,地层压力进一步上升,最大地层压力可增加约8 MPa;3)在近井筒地带地层压力随CO_(2)注入速度的增加而上升,速度增量越大地层压力上升越明显,超过120 m后地层增能效果不显著。该结果可为非常规储层CO_(2)辅助增能压裂气体注入时机优选及注入方案设计提供参考。

低渗油藏CO_(2)地质封存矿物颗粒运移及注入堵塞机理

在低渗砂岩油藏中开展CO_(2)地质封存,是实现CO_(2)捕获、利用和封存(CCUS)的有效手段之一。随着CO_(2)持续注入吸收层,弱胶结砂岩颗粒会随CO_(2)流入孔隙和裂隙中运移,进而可能形成颗粒堆积,影响CO_(2)注入的稳定性。为揭示多形态颗粒在孔隙和裂隙中的运移、动态堆积及微观机理,建立了基于多形态矿物颗粒的离散元流固耦合堵塞模型。模型考虑了多级粒径、非规则形态、旋转、差异化流入孔隙模式等矿物颗粒参数及流体密度、流体速度等流体物性因素,模型可实现注入流体和矿物颗粒的瞬态堆积过程动态预测与可视化,并在此基础上揭示了CO_(2)物性、弱胶结非规则颗粒参数与注入堵塞间的量化关系。结果表明:(1)影响孔隙内矿物颗粒堆积数量和CO_(2)注入效果最高的因素为矿物颗粒质量分数,相对于颗粒质量分数3%,颗粒质量分数5%的孔隙内矿物颗粒堆积数量提升52.06%,孔隙内矿物颗粒堆积数量的提升比率与矿物颗粒质量分数增长比率呈负相关关系;(2)在注入CO_(2)和矿物颗粒总量一致情况下,当矿物颗粒平均尺寸为孔隙直径尺寸的1/3时,孔隙内矿物颗粒堆积数量最高,CO_(2)的注入效果最差,矿物颗粒密度变化对于CO_(2)注入的影响较低;(3) CO_(2)注入降低了砂岩孔隙内多相流体密度,减少了孔隙内矿物颗粒堆积数量,降低了矿物颗粒在孔隙内的堵塞,有利于CO_(2)往深部注入;(4) CO_(2)注入速度提升60%,孔隙内矿物颗粒堆积数量提升1.2%,注入速度提升增加了孔隙内的矿物颗粒堵塞比率,不利于CO_(2)的注入。

CO_(2)注入井恒流堵塞器气嘴嘴损系数影响因素研究

近年来多数油田进入高含水开发阶段,分层注气成为进一步提高原油产量的重要手段。其中恒流堵塞器作为配水关键仪器,其气嘴尺寸、注入流体介质类型、井口压力等因素直接影响嘴损系数。利用数值模拟方法对不同因素影响下的恒流堵塞器装置进行计算,得到流体的速度、压力云图,分析CO_(2)注气时流域内气嘴嘴损系数的变化规律,确定嘴损系数与气嘴尺寸、入口压力的关系。分析结果表明:在相同气嘴尺寸的条件下,随着入口压力的增大,CO_(2)的性态由气态转变为液态,嘴损系数先单调递减后趋于平缓,通过设置合适的入口表压和气嘴尺寸可使恒流堵塞器的压力损耗达到最小。根据得到的嘴损系数变化规律,通过改变气嘴尺寸可实现CO_(2)注气井实时调控,对现场分层注入CO_(2)驱气嘴选配具有指导意义。

基于气−水两相流的注热CO_(2)增产CH_(4)数值模拟研究

注CO_(2)增产煤层气技术(CO_(2)−ECBM)可以降低温室气体排放,具有清洁能源生产和环境保护的功能。为研究气−水两相流条件下,在含水煤层中注CO_(2)增产CH_(4)的排采规律以及不同初始含水饱和度、不同CO_(2)注入条件对CH_(4)产量、CO_(2)储存和储层渗透率的影响,构建了竞争吸附、温度变化、煤体变形以及水运移的流−固−热耦合模型,通过与现场数据、已有试验以及现有模型的数值解结果,对比证明了模型有较高的准确性并对模型的优势做出具体阐述,随后利用COMSOL开展了CO_(2)−ECBM数值模拟。结果表明:注CO_(2)可以提升CH_(4)产气速率和产气量,这表明了注CO_(2)增产的可行性。随着CO_(2)持续注入,储层CH_(4)浓度降低,CO_(2)浓度升高,注气井附近温度升高,生产井附近温度降低且从注气井到生产井的温度缓慢下降;注气抽采期间,水相相对渗透率逐渐减小,气相相对渗透率逐渐增大。由于有效应力、基质收缩/膨胀共同作用,储层渗透率呈现“降低—升高—降低”的趋势;煤层初始含水饱和度越大,CH_(4)产量越低,渗透率下降幅度越小。累计CH_(4)产量最大下降15.19%,忽略煤层中水的影响会高估CH_(4)产量,在进行数值模拟时要考虑煤层水的影响;CO_(2)注入温度与注入压力越大,CH_(4)产量越大,渗透率下降幅度越大。累计CH_(4)产量分别增加13.27%、39.77%,渗透率分别下降20.4%、46.14%,提高CO_(2)注入温度和注入压力有利于提高CH_(4)产量。

烷烃溶剂/CO_(2)/稠油体系中泡沫油研究进展

泡沫油流是一次采油(天然甲烷气饱和的稠油衰减开采)和二次开采(一次采油后注入循环气体)中关键的驱油机理。相比一次采油,气体(也称溶剂)类型和用量影响至关重要。泡沫油稳定性与溶解气体组成、稠油黏度、温度、溶解气体比和压力衰竭率等因素密切相关。尽管综述和分析了不同参数下泡沫油形成过程,但尚未完全了解采油(如,循环溶剂注入(CSI))过程中其形成的最佳条件。总结了影响泡沫油性能的内外部气体驱动机理,对于不同气体,CO_(2)饱和稠油形成的泡沫油比甲烷形成的泡沫油质量更好,这是因为稠油中CO_(2)解吸速度更加缓慢。讨论了CO_(2)与其它气体、化学剂或驱油技术组合作为强化循环溶剂注入(ECSI)的实例,以及克服CSI过程引起的原油黏度升高等问题,展望了CO_(2)在稠油开采领域的应用。