CO2-咸水-岩石反应机理及其对盖层封闭性影响定量评价

Large anthropogenic emission of CO2 causes earth temperature becoming higher and higher, which may lead to the melting of glaciers, the rising of sea levels, extreme weather and so on. An effective way of reducing emissions is to capture and sequestrate CO2 while not giving up the fossil fuels. Caprock seal is critical for CO2 long term storage. CO2-saline-rock interaction in caprock will change its minerals, pore structure, and porous properties such as capillary pressure. Caprock seal ability are also determined by these factors. Based on this consideration, CO2-saline-rock interaction and its affections to caprock seal ability will be studied in this research, where the geological data will be collected from Daqingzijing district in Jilin oilfield. Experiments and numerical simulations will be combined to evaluate evolutionary process of caprock seal ability quantitatively at the large time scale. Particularly, the CO2-saline-rock interaction in reservoir will be introduced into the interaction in caprock, which will be considered as the initial conditions. This is the greatest feature compared with other existing schemes. The invasion mechanism of CO2 from reservoir into caprock will be clarified and the optimal standards for different reservoir and covering strata combination will be established base on above analysis.

人为排放的大量CO2造成了全球气温升高，继而引发冰川融化、海平面上升、极端气候等一系列问题。在不放弃使用化石燃料而减小CO2排放的前提下，将CO2进行地质埋存是一种有效的方式。盖层封闭性是保证CO2长期安全埋存的关键因素。在CO2注入后的长期地质埋存过程中，CO2-咸水-岩石反应能够显著改变盖层岩石的矿物成分、孔隙结构以及毛细管压力等孔隙性质，进而改变盖层的封闭能力。基于上述考虑，本项目将以吉林油田大情字井区块为目标储层和盖层，研究CO2-咸水-岩石反应机理及其对盖层封闭性的影响，通过室内实验和数值模拟实现大尺度时间上盖层封闭能力演化过程的定量评价。特别是，本项目首次提出将储层中发生的CO2-咸水-岩石反应作为盖层中CO2-咸水-岩石反应的初始条件，在此基础上分析不同储盖组合下CO2侵入盖层的机理，以期为储盖组合优选提供理论依据。

盖层封闭性是保证CO2长期安全埋存的关键因素。在CO2注入后的长期地质埋存过程中，CO2-咸水-岩石反应不仅能够改变储层岩石的矿物成分及其孔隙结构，而且对于盖层岩石的矿物成分及其孔隙结构具有强烈的改造作用。项目CO2注入后的多相、多组分反应溶质运移过程，基于简化的二维地质模型研究了CO2-咸水-岩石反应对盖层封闭能力的影响。.一方面，CO2注入目标储层溶于水后，引起地下水pH值下降，使储层酸性增强，促进了CO2-水-岩石地化反应的发生。无论是矿物溶解还是沉淀，都会大量消耗CO2，促进CO2进一步溶解于地下咸水中；而且，CO2-咸水-岩石反应生成的矿物使得CO2被永久封存在地层中。虽然上述过程十分缓慢，但长久看来，溶解埋存和矿化埋存是CO2地质埋存中较为理想的埋存方式。.另一方面，注入储层的CO2在浮力的作用下向上运移并大量聚集在盖层下方，使得盖层原有的压力分布被打乱，出现了局部压力的不均匀分布。从注入点向上压力的变化以储盖层交界处为拐点，两层内部均呈线性变化，随CO2注入量的增加，压力增量在盖层的波及范围不断加大，盖层破裂的风险也随之增加。在注入量、分子扩散、毛细对流以浮力等因素的作用下，CO2会从储层侵入盖层，但综合实验结果发现注入量是CO2入侵盖层的主要动力。当CO2注入停止后，CO2对盖层的入侵也基本停止。侵入盖层的CO2会使盖层中部分矿物溶解，造成盖层孔隙度的增加，封闭性能一定程度的削弱。此外，CO2-咸水-岩石反应导致盖层的孔隙度相对变化率可达储层的孔隙度相对变化率的数倍。这就意味着，CO2-咸水-岩石反应对盖层的孔隙结构和渗透率的影响更大，对盖层的封闭能力演化过程具有重要意义。特别是盖层中产生的片钠铝石沉淀，对提高盖层的封闭能力起到了积极作用。