天然氣藏超臨界CO_2埋存及提高天然氣采收率機(jī)理

【摘要】：根據(jù)國內(nèi)外已取得的研究成果,CO2捕集與埋存技術(shù)(Carbon Dioxide Capture and Storage,簡稱CCS)是實現(xiàn)CO2明顯減排首選的技術(shù)之一,但成本高昂。我國海上以及松遼平原已發(fā)現(xiàn)許多富含CO2的氣田。而(含CO2)天然氣藏是最適合通過主動注入大量CO2實現(xiàn)CO2地下封存的埋存靶場之一。氣藏含氣產(chǎn)層的儲氣性以及圈閉封蓋的完整性在長期的天然氣賦存階段和天然氣開發(fā)階段已經(jīng)得到充分的地質(zhì)驗證。在氣藏中實施CO2長期穩(wěn)定埋存可以結(jié)合提高天然氣采收率(CO2Sequestration with Enhanced Gas Recovery,簡稱CSEGR),從而實現(xiàn)CO2的規(guī)?；C合利用,降低CCS成本,這無疑會具有很大的潛力。 本文以一個真實的含CO2天然氣藏為埋存靶場,設(shè)計了在氣藏溫度、壓力下的超臨界CO2—天然氣體系非平衡態(tài)相行為觀測實驗和超臨界CO2與天然氣之間的對流擴(kuò)散觀測實驗,結(jié)合相態(tài)計算和數(shù)值模擬方法,研究氣藏超臨界CO2埋存過程中氣體運移與同時提高天然氣采收率的機(jī)理。 主要研究重點是超臨界CO2埋存帶、超臨界CO2-天然氣過渡帶以及氣藏剩余天然氣帶的相態(tài)行為；超臨界CO2驅(qū)替天然氣過程中的滲流行為；地層溫度、壓力下氣體運移速度和地層非均質(zhì)性對流體運移的影響。在對氣藏實施超臨界CO2穩(wěn)定埋存過程中的氣體運移有足夠認(rèn)識的基礎(chǔ)上,運用一維線性、二維剖面、以及三維氣藏數(shù)值模擬模型評價其提高天然氣采收率的可行性,篩選出最適合超臨界CO2埋存的氣藏儲層分布類型,并開展超臨界CO2埋存及同時提高天然氣采收率效果最理想的方案設(shè)計。 通過上述系統(tǒng)研究,獲得了以下研究成果和認(rèn)識： 1)超臨界CO2所特有的超臨界物理性質(zhì)使得在氣藏中實施超臨界CO2穩(wěn)定埋存的同時驅(qū)替天然氣在原理上具有可行性。深度在1000m左右氣藏是最為理想的超臨界CO2埋存靶場。超臨界CO2所特有的高密度等超臨界特性,使得超臨界CO2和天然氣之間的擴(kuò)散很弱,超臨界CO2-天然氣過渡帶的厚度因此受到限制,從而使超臨界CO2驅(qū)替天然氣帶成為可能。 2)超臨界CO2-天然氣體系非平衡態(tài)相行為使得超臨界CO2在埋存的同時驅(qū)替天然氣在流體相行為上具有可行性。超臨界CO2-天然氣體系非平衡態(tài)對流擴(kuò)散結(jié)果使得超臨界CO2永久埋存穩(wěn)定性受天然氣的影響不大,即超臨界CO2在埋存的同時驅(qū)替天然氣不會影響超臨界CO2永久埋存。 3)長巖芯超臨界CO2驅(qū)替天然氣滲流行為的實驗研究以及數(shù)值模擬研究表明,多孔介質(zhì)中超臨界CO2呈現(xiàn)為較強(qiáng)的活塞式驅(qū)替天然氣的特征,高的驅(qū)替壓力對CO2驅(qū)替天然氣更為有利,但在超臨界CO2近臨界區(qū)壓力(10MPa)已能滿足驅(qū)替要求。氣體運移速度過大會削弱驅(qū)替的穩(wěn)定性。 4)在氣藏中實施超臨界CO2穩(wěn)定埋存的同時增加天然氣的采出程度,應(yīng)有效利用氣體運移過程中超臨界CO2與天然氣的重力分異作用,使超臨界CO2能穩(wěn)定地“沉積”在氣藏的下部作為“墊氣”埋存。但儲層滲透率的非均質(zhì)性和韻律會對超臨界CO2驅(qū)替天然氣的滲流行為和CO2穩(wěn)定埋存的分布狀態(tài)產(chǎn)生一定的影響。注超臨界CO2方案設(shè)計數(shù)值模擬計算結(jié)果顯示,廢棄的反韻律氣藏實施注超臨界CO2埋存的同時提高剩余天然氣采收率效果會更好,更有利于增加超臨界CO2永久埋存的穩(wěn)定性。 【關(guān)鍵詞】：天然氣藏 碳埋存 超臨界CO_2 非平衡相態(tài) 提高天然氣采收率
【學(xué)位授予單位】：西南石油大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TE377
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-23
• 1.1 研究的目的意義11
• 1.2 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀11-17
• 1.2.1 CCS技術(shù)概述11-13
• 1.2.2 CSEGR技術(shù)對我國的意義13-14
• 1.2.3 CSEGR技術(shù)基礎(chǔ)研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3 研究背景、內(nèi)容和技術(shù)路線17-20
• 1.3.1 研究背景17-18
• 1.3.2 研究內(nèi)容18-19
• 1.3.3 技術(shù)路線19-20
• 1.4 主要認(rèn)識和創(chuàng)新點20-23
• 1.4.1 主要認(rèn)識20-21
• 1.4.2 主要創(chuàng)新點21-23
• 第2章 CO_2和天然氣的超臨界態(tài)特性23-49
• 2.1 超臨界特性實驗測試技術(shù)24-27
• 2.1.1 實驗裝置和實驗流程24-26
• 2.1.2 實驗方法和實驗方案設(shè)計26-27
• 2.2 CO_2超臨界特性的實驗研究27-43
• 2.2.1 超臨界態(tài)CO_2的奇異光學(xué)特征27-30
• 2.2.2 超臨界態(tài)CO_2高壓物性的顯著漲落特征30-34
• 2.2.3 超臨界態(tài)CO_2對天然氣的溶解能力34-38
• 2.2.4 超臨界態(tài)CO_2的傳遞特性38-43
• 2.3 遠(yuǎn)離臨界點的天然氣強(qiáng)氣態(tài)特性43-49
• 2.3.1 強(qiáng)氣態(tài)天然氣的光學(xué)特征43-44
• 2.3.2 強(qiáng)氣態(tài)天然氣高壓物性的平緩變化特征44-46
• 2.3.3 強(qiáng)氣態(tài)天然氣的傳遞特性46-49
• 第3章 超臨界態(tài)CO2_—天然氣擬二元體系相態(tài)特征49-68
• 3.1 超臨界CO_2-天然氣擬二元體系相態(tài)實驗方法49-52
• 3.1.1 實驗裝置和實驗流程50
• 3.1.2 實驗方法和實驗方案設(shè)計50-52
• 3.2 超臨界態(tài)CO_2加注天然氣非平衡過程相態(tài)特征52-63
• 3.2.1 超臨界態(tài)CO_2加注天然氣過程的奇異光學(xué)特征52-57
• 3.2.2 等溫P—X相圖特征分析57-60
• 3.2.3 強(qiáng)氣態(tài)天然氣擴(kuò)散作用對超臨界態(tài)CO_2相態(tài)特征的影響60-63
• 3.3 典型比例CO_2+天然氣混合體系平衡態(tài)相態(tài)特征63-68
• 3.3.1 p—T等溫線的模擬計算64
• 3.3.2 偏差系數(shù)Z的實驗測試及模擬計算64-65
• 3.3.3 地下體積比的模擬計算65-66
• 3.3.4 密度的實驗測試及模擬計算66-67
• 3.3.5 粘度的模擬計算67-68
• 第4章 超臨界CO_2驅(qū)替天然氣滲流機(jī)理及驅(qū)替效率68-82
• 4.1 長巖心實驗測試技術(shù)68-72
• 4.1.1 實驗裝置和實驗流程68-71
• 4.1.2 實驗內(nèi)容71-72
• 4.1.3 實驗程序72
• 4.2 超臨界CO_2驅(qū)滲流特征實驗研究72-82
• 4.2.1 35℃,10MP下超臨界CO_2驅(qū)滲流特征72-76
• 4.2.2 35℃,20MPA下超臨界CO_2驅(qū)滲流特征76-78
• 4.2.3 不同驅(qū)替壓力滲流特征對比分析78-82
• 第5章 超臨界CO_2埋存及驅(qū)氣滲流機(jī)理數(shù)值模擬研究82-118
• 5.1 長巖心超臨界CO_2驅(qū)氣滲流機(jī)理實驗擬合82-90
• 5.1.1 超臨界CO_2驅(qū)氣對流擴(kuò)散模型82
• 5.1.2 考慮對流擴(kuò)散作用的數(shù)值模擬模型82-84
• 5.1.3 長巖心驅(qū)替實驗擬合84-90
• 5.2 氣藏主控因素對超臨界CO_2驅(qū)替天然氣及穩(wěn)定埋存的影響90-118
• 5.2.1 氣藏溫度對超臨界CO_2驅(qū)替效率及穩(wěn)定埋存的影響90-93
• 5.2.2 氣藏壓力對超臨界CO_2驅(qū)替效率及穩(wěn)定埋存的影響93-96
• 5.2.3 超臨界CO_2注入速度對驅(qū)替效率和埋存穩(wěn)定性的影響96-99
• 5.2.4 儲層非均質(zhì)性對超臨界CO_2驅(qū)替效率和埋存穩(wěn)定性的影響99-118
• 第6章 氣藏超臨界CO_2穩(wěn)定埋存及提高采收率方案概念設(shè)計118-140
• 6.1 氣藏地質(zhì)模型118-122
• 6.1.1 氣藏構(gòu)造模型118-119
• 6.1.2 儲層參數(shù)分布模型119-120
• 6.1.3 縱向非均質(zhì)組合三維地質(zhì)模型設(shè)計120-122
• 6.1.4 超臨界CO_2—天然氣相對滲透率模型122
• 6.2 注采井組及注采方案設(shè)計122-125
• 6.2.1 注采井網(wǎng)、井型及部位122-123
• 6.2.2 注采大方案井組射孔位置123
• 6.2.3 氣藏超臨界CO_2埋存注采大方案設(shè)計123-125
• 6.3 超臨界CO_2埋存注采方案篩選數(shù)值模擬研究125-140
• 6.3.1 方案實施效果對比分析125-130
• 6.3.2 最優(yōu)埋存采氣方案實施過程130
• 6.3.3 最優(yōu)埋存采氣方案氣體運移特征分析130-140
• 第7章 結(jié)論和建議140-143
• 7.1 結(jié)論140-142
• 7.2 建議142-143
• 致謝143-144
• 參考文獻(xiàn)144-151
• 附錄1 高壓物性參數(shù)計算模型151-154
• F1.1 偏差系數(shù)Z計算模型151
• F1.2 相對密度計算模型151-152
• F1.3 粘度計算模型152-154
• 附錄2 改進(jìn)的狀態(tài)方程模型154-165
• F2.1 改進(jìn)的P-R狀態(tài)方程(PR-EOS)154-162
• F2.1.1 PR-EOS基本結(jié)構(gòu)154-156
• F2.1.2 基于體積平移法和混合規(guī)則對PR-EOS的改進(jìn)156-162
• F2.2 PATEL-TEJA狀態(tài)方程(PT-EOS)162-164
• F2.3 偏差系數(shù)Z預(yù)測效果對比164-165
• 附錄3 對流擴(kuò)散滲流模型165-168
• F3.1 質(zhì)量守恒微分方程165-166
• F3.2 流動方程166
• F3.3 相平衡方程166-168
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及科研成果168

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