CO2鹽水層封存機(jī)理及南海西部天然氣田伴生CO2埋存方案設(shè)計(jì).pdf

1、南海西部東方1-1、崖城13-1和樂東等氣田具有CO2含量高的特點(diǎn),每年從生產(chǎn)出的天然氣中分離出大量的CO2。為了減少CO2在大氣中的排放,考慮在鶯歌海地區(qū)選擇合適的鹽水層埋存體,擬進(jìn)行CO2地質(zhì)埋存示范工程。本文在對(duì)CO2鹽水層封存機(jī)理及分布運(yùn)移規(guī)律研究的基礎(chǔ)上,主要以東方1-1氣田在海南島登陸的CO2為處置對(duì)象,在南海西部鶯歌海附近篩選出適合埋存的目標(biāo)鹽水層,進(jìn)行埋存方案設(shè)計(jì)。主要研究內(nèi)容包括：
　　 ⑴準(zhǔn)確掌握CO2-地層

2、水性質(zhì)及相互作用規(guī)律是研究CO2鹽水層封存機(jī)理和分布運(yùn)移規(guī)律的基礎(chǔ)。用于埋存的CO2氣體應(yīng)當(dāng)具有較高的純度,CO2溶解引起的地層水密度增大以及CO2在地層水中的擴(kuò)散對(duì)于CO2在鹽水層中的長期分布運(yùn)移及封存過程具有重要影響,不能被忽略。總結(jié)得到的CO2-地層水性質(zhì)計(jì)算模型非常具有工程實(shí)用價(jià)值,平均計(jì)算精度在5％以內(nèi)。
　　 ⑵從封存機(jī)理角度,以氣水兩相滲流方程為基礎(chǔ),建立了CO2鹽水層埋存數(shù)學(xué)模型,并對(duì)石油行業(yè)常用的油藏?cái)?shù)值模擬模

3、型進(jìn)行了CO2鹽水層埋存模擬的適用性分析。黑油模型可用于只考慮主要封存機(jī)理的鹽水層埋存研究,組分模型和熱采模型可全面模擬CO2在鹽水層中的各種封存機(jī)理,但組分模型在地球化學(xué)反應(yīng)及組分性質(zhì)的計(jì)算方面要比熱采模型更具優(yōu)勢(shì)。
　　 ⑶利用組分模型建立了CO2鹽水層埋存的數(shù)值模擬模型,分析了CO2在鹽水層中的分布運(yùn)移規(guī)律及封存過程,重點(diǎn)討論了CO2的溶解、擴(kuò)散、鹽水對(duì)流以及地球化學(xué)反應(yīng)對(duì)CO2長期埋存的影響。研究結(jié)果表明,鹽水層的儲(chǔ)層物

4、性及構(gòu)造特征對(duì)于CO2的分布運(yùn)移及封存過程具有重要影響,CO2在地層水中的溶解量與接觸到地層水的多少以及流體自身的性質(zhì)有很大關(guān)系:蓋層的密封性主要依靠毛管力對(duì)CO2氣體的封堵作用,但溶解在地層水中的CO2可以通過擴(kuò)散作用進(jìn)入蓋層而向上遷移,通過擴(kuò)散作用而泄漏的CO2很少,不會(huì)對(duì)CO2的埋存安全造成重要影響;CO2的溶解擴(kuò)散可以誘發(fā)地層鹽水的對(duì)流混合,對(duì)流可使CO2在地層水中的溶解量提高0.53％～55.45％;礦物封存對(duì)CO2埋存貢獻(xiàn)的

5、大小由具體的CO2-地層水-巖石礦物之間的相互作用過程及作用時(shí)間決定,在干凈砂巖水層中,礦物封存對(duì)CO2埋存的貢獻(xiàn)一般可以忽略,在含有大量可溶解礦物的砂巖或碳酸鹽巖中,礦物封存對(duì)CO2埋存的貢獻(xiàn)比例可達(dá)4％～23％。
　　 ⑷為了在南海西部篩選得到目標(biāo)埋存鹽水層,建立了CO2鹽水層埋存體篩選評(píng)價(jià)體系。從地質(zhì)條件、技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)可行性及社會(huì)認(rèn)知度四方面考慮,建立了鹽水層埋存體的優(yōu)劣性評(píng)價(jià)指標(biāo),并根據(jù)CO2在鹽水層中的封存機(jī)理,提

6、出了容量系數(shù)法來計(jì)算CO2的埋存潛力。通過對(duì)在南海西部初選的6個(gè)鹽水層進(jìn)行優(yōu)劣性分析,選擇將東方1-1氣田Ⅱ下氣組邊水層作為目標(biāo)埋存鹽水層,可充分利用氣藏的封閉性及連通水層的巨大埋存潛力。
　　 ⑸對(duì)東方1-1氣田Ⅱ下氣組邊水層CO2埋存進(jìn)行了CO2分布運(yùn)移預(yù)測(cè)及埋存安全分析。結(jié)果表明,將CO2注入到Ⅱ下氣組西區(qū)連通的邊水層中,可保證較高的注入能力,注入的CO2具有向氣藏方向安全運(yùn)移的趨勢(shì),而且低壓氣藏及開放邊界的存在非常有利于

7、邊水層壓力維持在原始水平,將CO2注入到氣藏邊水層進(jìn)行埋存是安全可靠的。
　　 ⑹根據(jù)氣源條件、地理環(huán)境及優(yōu)選的注入方案,進(jìn)行了東方1-1氣田邊水層CO2埋存示范工程方案設(shè)計(jì),并進(jìn)行了經(jīng)濟(jì)分析。氣源CO2將在海南島陸上脫水增壓后,以超臨界或液態(tài)形式經(jīng)長距離海底管線輸送至東方1-1氣田中心平臺(tái),調(diào)整壓力后,通過海底井口注入到邊水層中。經(jīng)濟(jì)分析結(jié)果表明,該方案的單位埋存成本為144～171元/t CO2,基建費(fèi)用中長距離海底管線所占