二氧化碳注入井筒内相态分析

发布时间：2020-06-18 07:19

【摘要】：近些年,由于温室气体过渡排放造成的全球气候变化问题越来越受到国际社会的重视,CO_2补集利用与封存技术已被国际社会公认为减少二氧化碳排放的有效手段。在石油工业中二氧化碳钻井、二氧化碳压裂、二氧化碳驱油/封存技术已被广泛应用。二氧化碳注入井筒作为连接地面因此储层之间的通道,对其中井筒的温度压力进行预测从而对井筒中CO_2相态的转变进行研究不但有助于对井口注入参数的优化也是研究二氧化碳在储层中流动的理论基础。二氧化碳相态的转变主要取决于温度和压力,前人已有许多关于井筒中温度压力预测模型,但由于二氧化碳独特的物理性质这些模型并不能准确的预测二氧化碳注入井的温度压力分布,因此,本文综合考虑二氧化碳物理性质随温度压力的变化和注入井筒中二氧化碳的相态转变问题建立了考虑物性参数变化和相态转变的二氧化碳封存注入井非稳态温度压力耦合模型来研究二氧化碳注入井内的相态变化规律,为二氧化碳压裂、钻井、驱油封存的后续研究奠定一定的理论基础。文章通过Matlab编程调用美国国家标准与技术研究院NIST Refprop 9.0软件中二氧化碳在不同温度压力条件下的物性参数解决了采用物性参数计算模型仅适用于特定温度下计算特定物性参数的问题。对二氧化碳物性参数的变化规律、流动传热特性、相态变化规律做了分析,建立了井筒非稳态温度压力耦合模型采用全隐式差分进行离散,以Matlab为求解工具,通过温度、速度双重迭代求解得到井筒温度压力分布规律。通过二氧化碳驱油封存和压裂实际注入施工数据进行模型计算,以注入温度、注入压力、注入量、地温梯度、油管壁粗糙度等参进行了模型敏感性分析得出:超临界封存注入时在注入初期井筒中二氧化碳经历了由超临界态转变为液态,再由液态转变为超临界状态的过程,随着注入施工的进行,注入结束时井筒中将充满超临界状态的二氧化碳。压裂液态注入过程井筒中二氧化碳将由液态转变为超临界状态,随着注入施工的进行超临界转变深度逐渐向井底移动,在注入初期超临界转变深度变化较快,随着注入的进行超临界转变深度逐渐趋于稳定;由于井筒压力远大于CO_2的临界压力,因此井筒相态转变主要由井筒的温度决定而注入温度、低温梯度对井筒中温度的分布的影响较大因此其二氧化碳相态转变有较大的影响。
【学位授予单位】：东北石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TE357.7
【图文】：

相图,相态图,二氧化碳

第 2 章二氧化碳流动传热特性研究物质的相态由温度压力所决定，因此研究二氧化碳井筒相态的变化首先要研究井筒内温度压力的分布规律。CO2物性参数是温度和压力的函数，随着温度压力的变化会发生较大的转变，CO2物性参数的准确性是保证温度、压力计算结果准确的前提，因此在计算中 CO2的物性参数能够及时准确更新直接影响温度压力分布的计算结果。2.1 二氧化碳相态和性质2.1.1 二氧化碳相图自然界中任何一种物质的相态都会随温度压力变化产生气、液、固三相。物质相态发生转变时所对应的温度压力点成为三相点，除了三相点以外物质气液平衡线的终点称为临界点，与之对应的温度和压力称为临界温度（Tc）和临界压力（Pc），超过临界温度和压力的范围统称为超临界区域，称成超临界区域中的流体为超临界流体（SCF）[53]。利用 Matlab 调用 Refprop9.0 数据库的数据，绘制得到二氧化碳相图如下图 2.1 所示：

过程图,相态转变,二氧化碳,气态

图 2.2 二氧化碳相态转变过程[53]界二氧化碳与气态、液态和固态的二氧化碳存在较大的差异，具有独特的。从下表 2.1 可清楚得知：表 2.1 不同相态二氧化碳物理性质对比表物性参数物理状态气态液态超临界态度（3kg m ）0.5-2 （0.6-1.7）×103（0.2-0.9）×度（mPa s） 10-20.2-3.0 0.03-0.1系数（2m s ）（0.1-0.4）×10-7（0.2-0.3）×10-90.7×10-7中可清晰发现超临界二氧化碳（SC-CO2）的物理性质均介于气态和液态与气体的双重特性：度急剧增加至接近于液体，是气态密度的数百倍；度急剧减小，更接近于气态；散系数小于气态但是却是液体的数百倍，具有良好的流动好传输特性；

【参考文献】