低渗透碳酸盐岩油藏封存CO2的储层微观结构及性能演化研究

The structure and properties of the formation are very important to evaluate the safety and volume of CO2 geological storage in carbonate reservoir with low permeability. In order to reveal the evolution mechanism of microstructure and properties of the reservoir during CO2 storage, the cores of the carbonate reservoir with low permeability are selected as research object, the experiments rock deformation, displacement, imaging by micro scanning and 3D reconstruction will be performed by employing the three axis mechanical testing system, X ray instrument and multifunctional displacement system. The change and characterization model of microstructure, porosity, penetration, capillary pressure, and relative permeability under the influence of damage, corrosion, and stress factors will be studied, A mathematical model and effective numerical method considering the evolution of porosity and permeability caused by stress, damage and corrosion for CO2 storage in low permeability carbonate reservoirs will be established. Finally, through numerical simulation, the influence of change of reservoir structure on the storage volume and safety for CO2 storing in carbonate reservoir with low permeability will be discovered. The research results can provide theoretical guidance for CO2 sequestration site selection and safety evaluation etc.

低渗透碳酸盐岩油藏封存CO2中的储层结构和性能变化，不仅影响CO2封存量，而且对封存安全性有重要影响。为了揭示CO2封存中储层微观结构及性能演化规律，本项目拟以低渗透碳酸盐岩油藏的岩心为研究对象，利用岩石三轴力学测试系统、X射线仪和多功能驱替系统等开展岩心的变形破坏、驱替、微观扫描成像及三维重构试验，研究应力、损伤及溶蚀等因素影响下岩心的微观结构变化及其孔隙度、渗透性、毛管力和相对渗透率等参数演化规律及表征模型，建立由应力、损伤及溶蚀导致孔渗变化的低渗透碳酸盐岩油藏CO2封存数学模型和有效数值方法，最后通过数值模拟，探明低渗透碳酸盐岩油藏CO2封存中的储层结构变化对封存量和封存安全性的影响。研究成果可为CO2封存场址选择及安全性评价等提供理论指导。

二氧化碳地质封存（CSS）作为一项减小温室气体效应的有效措施，在降低二氧化碳排量的同时也会引发地应力变化和地层变形等地质效应，如果控制不当还会诱发CO2窜流甚至泄露等灾害。.为此，首先，开展了某二氧化碳封存工区岩心样品的收集工作，取得油田低渗透碳酸盐岩储层岩心50块，并进行了样品切割和制备，开展了部分的岩心的岩石物理实验，得到了储层岩心宏观参数指标；同时，构建了低渗碳酸盐岩储层二氧化碳地质封存过程的数学及地质力学模型，得到了其求解思路；对部分岩心进行了CT扫描测试，通过CAD辅助及部分编制代码实现了低渗碳酸盐岩储层微观孔隙结构重建的方法，并以此为基础进行后续储层微观结构及性能演化评价的技术。.其次，开展了岩心的细观参数方案拓展分析，采取的是离散元程序对碳酸盐岩岩心的细观参数进行了标定，并根据宏观力学模拟所需要的几个主要参数要求，随后基于标定准确的细观参数模型对碳酸盐岩岩心的其它主要力学参数指标进行了分析，并得出了主要影响规律，研究发现，三向受压的状态下，碳酸盐岩主要发生剪切破坏，宏观剪切带主要发生在岩石顶部，该部位也是应力和应变分布最大的区域；.最后，基于petrel和C#.net框架编制了直接从地质模型转换为有限元模型的插件，可实现油藏和岩土领域模型数据的传递和信息交换；考虑渗流与应力之间的相互作用，利用Abaqus/CAE的子程序功能，通过数值模拟研究了二氧化碳在地质封存中的地应力、储层位移、孔隙压力和渗透性等参数的演化情况，并且分析了不同注入压力和地层压力对地层变形、二氧化碳窜流以及注入气体在储层中发生泄露可能性的影响，研究表明，在高压注入的作用下，储层应力敏感特征非常明显。地层变形与地层初始孔压呈负相关，由于地层压力随储层深度的增加而增加，因此，在CO2封存时，在经济条件允许的前提下，保证储层的深度可以有效的减小对地层的破坏，保证CO2封存的安全性。