二氧化碳规模化注入及沿废弃井泄漏对储层影响的数值模拟研究

发布时间：2020-06-12 01:59

【摘要】：工业革命以来,二氧化碳(CO_2)的大量排放导致一系列环境问题。虽然各国都在积极探索绿色可替代能源,但短时期内以化石燃料为主的能源结构不会改变。CO_2地质储存作为有效减少碳排放的方式之一,受到国际社会的广泛认可,其中深部咸水层以独特优势被视为最具潜力的储存场地。在规模化CO_2储存过程中,储层压力场的变化和CO_2在储层中的扩散可能影响储层上部的浅层地下水动力场和水质安全。而且,储存场地周围的大量采油废弃井会成为CO_2的泄漏通道,引起CO_2泄漏等严重环境与安全问题。因此,研究规模化CO_2注入对储层的影响以及CO_2沿废弃井泄漏特征的影响,对CO_2储存安全和环境影响具有重要意义。本文依托准噶尔盆地CO_2强化咸水开采技术示范场地,以白垩系东沟组目标储层为研究对象,在地质、水文地质和多相渗流等理论指导下,通过野外调查和数值模拟相结合的研究手段,采用TOUGH2/ECO_2N数值模拟软件,探究了数值模型边界条件设置的依据,系统分析了规模化CO_2注入条件下的储层压力场演化和CO_2运移分布特征,以及对周边水源地浅层地下水安全的影响;综合分析了CO_2泄漏井与注入井之间距离对储盖层系统压力场演化、CO_2空间分布和泄漏特征的影响。取得的主要成果如下:(1)通过径向二维模型的数值模拟,探究了单井CO_2注入条件下储层压力场演化和CO_2运移分布特征。在10年定压注入过程中,距离注入井越远,储层压力增量越小,最远影响距离可达50 km。在100年模拟时间内,CO_2最大运移距离仅约1300 m。结合试验场地的地质条件,将三维模型中注入井与模型边界的距离确定为30 km,注入井间距设置为2 km。该结果不仅为多井方式CO_2注入和CO_2沿废弃井泄露的数值模型边界范围设置提供了科学依据,也为同类数值模拟的边界条件设置提供了方法参考。(2)建立了场地CO_2规模化注入的三维数值模型,分析了在不同数量注入井条件下,规模化CO_2注入对储层压力场演化和储层中CO_2运移分布特征的影响。在10年CO_2定压注入过程中,注入井数量越多,储层压力增量越大;停止CO_2注入后,储层压力在10年左右时间中基本恢复至初始储层压力水平,压力恢复时间与注入井数量相关性较弱。在100年模拟时间中,注入井数量对CO_2最大运移距离没有显著影响,均约为1600 m;但在多井条件下,井间高压区造成井间压力差减小,导致CO_2井间运移距离相比外侧大幅减小20%-40%。(3)明确了多井条件下CO_2规模化注入对研究区周边地下水系统和已有地下水水源地用水安全的影响。基于CO_2规模化注入对储层压力场演化和储层中CO_2运移分布的影响,同时考虑到各水源地与注入井的距离,以及CO_2储层与水源地地下水开采层位间的地层间隔,分析认为在现有模拟设计条件下,10年期内最多注入798万吨CO_2时,规模化CO_2注入不会对研究区周边已有地下水水源地的用水安全造成影响。(4)建立了泄漏井与注入井不同距离条件下的三维数值模型,系统分析了注入井与泄漏井之间距离对储盖层压力场演化、CO_2空间运移分布、CO_2泄漏特征的影响。泄漏井距注入井越近,CO_2泄漏量越大,本次研究中的最高CO_2泄漏量比例可达12%,但两者相距1000米时的泄漏比例仅有0.1%。泄漏井与注入井距离的减小,可以明显提高CO_2注入速率和注入量,注入量最多可提高近6%。研究结果可为工程场地内的废弃井调查与风险评价,以及工程安全性评价提供科学依据。
【图文】：

瓦里关,夏威夷,大气CO2,CO2浓度

献率约为 65%[1-3]。由于人类活动的影响，全球大气 CO2浓度不断升高关站年平均 CO2浓度达 404.4 0.9ppm[4]（图 1.1.1）。随着全球平均气图 1.1.2），，全球气候变暖，大气温室效应不断加剧，导致气温增高、极端天气等一系列全球性环境问题[6]。

瓦里关,夏威夷,年平均温度,全球

21850-2017年全球表面年平均温度距平[6]
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE357.7

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