场地级基础储存量(B级)计算

2025-03-16 08:13:52
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场地级基础储存量(B级)计算以CO2地质储存工程场地为评价单元,通常需要对CO2注入储层中的状况进行数值模拟,进而获得准确的工程场地的储存年限。在计算过程中要求拥有丰富而精确的数据。基础储存量计算的基本流程见图2-2。

图2-2 基础储存量评价基本流程表

(一)储存场地地质建模

1.地层特征描述

利用获得的场地地质背景资料和钻孔资料,对计算单元的地层岩性、产状变化、地质结构与分布特征进行精细描述。

2.储盖层概化

根据场地地质构造、地层岩性、储盖层组合与空间展布、水文地质条件、资源状况等要素对评价单元内的储、盖层进行精细概化,建立高精度的三维地质模型。

3.储层参数概化

储层参数概化要求参数齐全,并对储、盖层作出精确描述。对储层孔隙度、渗透率、储层类型、储层中的水饱和度、水化学类型等进行细致的参数分区,并且将各个参数分区作叠加处理,针对每个参数分区展开计算。

(二)计算方法

与C级控制潜力评价相比,场地级基础储存量(B级)计算范围仅局限于场地级,要求参数齐全、精细,计算方法精确。计算时,首先要计算出场地的理论储存量,再计算有效储存量,即为B级基础储存量,以静态储存量计算为主。

1.深部咸水层

首先分别计算构造地层储存、束缚气体储存和溶解储存三部分储存量,然后计算场地级基础储存量(B级)基础储存量。

(1)构造地层储存机理

在深部咸水层构造地层圈闭中储存CO2和枯竭油气藏中储存CO2相类似,不同的是圈闭里充满的是水而不是烃类物质。计算公式见式(2-37)。

二氧化碳地质储存技术方法概论

式中:

为CO2在深部咸水层中构造地层圈闭的理论储存量,106t;Φ为深部咸水层岩石某一点的平均孔隙度,%;Swirr为深层咸水层岩石的某一点残余水饱和度,%;

为地层条件下CO2的密度,kg/m3;x,y,z为空间变量,m。

为地层压力和温度的函数,CO2注入过程中地层压力在原始地层压力p1和盖层阈压pmnx之间变化,因此

(2)束缚气体机理

求取B级基础储存量时,孔隙度Φ和相对渗透率(与饱和度有关)可通过岩心分析测试获得。因CO2饱和度

和原先被CO2饱和然后又被水浸的岩石体积△Vtrap能够通过数值模拟方法确定(Kumar et al.,2005;Juanes,2006)。在获取参数精度满足要求时,若采用数值模拟方法确定△Vt rap进而计算的结果,可作为束缚气体机理的有效储存量。计算公式见式(2-15)。

(3)溶解机理

原始地层水饱和时的CO2含量取决于含水层的压力、温度和矿化度等因素。如果在场地内可获得含水层的压力、温度及矿化度分布资料时,则可用式(2-38)计算。

二氧化碳地质储存技术方法概论

式中:

为CO2在深部咸水层中溶解储存的C级控制潜力理论储存量,106t;Φ为深部咸水层岩石的孔隙度,%;ρs为地层水被CO2饱和时密度,kg/m3;ρi为初始的地层水的密度,kg/m3

为地层水被CO2饱和时CO2占地层水中的质量分数,%;

为原始CO2占地层水中的质量分数,%;x,y,z为空间变量,m。

(4)总的深部咸水层中的CO2理论储存量

总的深部咸水层中的CO2理论储存量计算公式见式(2-39)。

二氧化碳地质储存技术方法概论

式中:

为CO2在深部咸水层中的理论储存量,106t;

为CO2在深部咸水层中构造地层圈闭的储存量,106t;

为CO2在深部咸水层中束缚气储存的储存量,106t;

为CO2在深部咸水层中溶解储存的储存量,106t。

(5)有效储存量

针对场地实际状况,考虑CO2在深部咸水层储存过程中受到储层的非均质、CO2的浮力、CO2的波及效率以及CO2在整个深咸水层空间散开和溶解等因素影响,深部咸水层有效储存量计算公式见式(2-40)。

二氧化碳地质储存技术方法概论

式中:

为CO2在深部咸水层中的有效储存量,106t;

为CO2在深部咸水层中的理论储存量,106t;Ce为有效储存系数,量纲为1,该值要根据具体的实际情况来确定。同时可以通过数值模拟或实际工程经验来确定。

2.油田

计算场地级基础储存量时,应视不同油田的开采现状分别对待,不能完全按照已枯竭油藏的储存量计算方法计算。适宜CO2驱油的油田,要考虑采用该技术情况下的CO2地质储量。

(1)已枯竭油藏的理论储存量计算

该方法用于场地内已衰竭的油藏CO2地质储量计算。基本假设条件时CO2注入枯竭油藏中直到储层压力恢复到原始储层压力,即油气采出所让出的空间都用于CO2地质储存。计算公式可参见式(2-2)、式(2-3)和式(2-18)。

(2)注CO2提高石油采收率(CO2-EOR)油藏的理论储存量计算

如果场地内的油藏尚未达到衰竭状态,仍处于开采中,且有条件采用CO2驱油技术,可利用CO2提高石油采收率(CO2-EOR)油藏的储存量计算方法来计算理论储存量。

1)不考虑注入水、采出水和溶解机理问题,且利用CO2提高石油采收率时,CO2在油藏中的理论储存量可用式(2-41)和式(2-42)两个公式计算。

①在CO2突破之前:

二氧化碳地质储存技术方法概论

②在CO2突破之后:

二氧化碳地质储存技术方法概论

2)考虑注入水、采出水,但不考虑溶解机理问题时,用式(2-43)和式(2-44)两个公式计算。

①在CO2突破之前:

二氧化碳地质储存技术方法概论

②在CO2突破之后:

二氧化碳地质储存技术方法概论

3)考虑注入水、采出水和溶解机理问题时,用式(2-45)和式(2-46)两个公式计算。

①在CO2突破之前:

二氧化碳地质储存技术方法概论

②在CO2突破之后:

二氧化碳地质储存技术方法概论

式中:

为CO2在油藏中理论储存量,105t

为 CO2在油藏条件下的密度,kg/m 3;N为原油的储存量,109m3;B0为原油的体积系数,m3/m3;ERBT为CO2突破之前原油的采收率,%;ERHCPV为注入某一烃类孔隙体积(HCPV)CO2时原油的采收率,%;Viw为注入水油藏的水量,109m3;Vpw为从油藏产出的水量,109m3;Cws为CO2在水中溶解系数,量纲为1;Cas为CO2在原油中的溶解系数,量纲为1。

(3)基于物质平衡法的油藏有效储存量计算

计算公式与C级控制潜力评价相似,见式(2-32)。

(4)基于类比法的油田有效储存量计算

利用CO2提高石油采收率项目中获取实际数据的计算方法,通过引入CO2利用系数来计算有效储存量。计算公式见式(2-47)。

二氧化碳地质储存技术方法概论

式中:

为CO2在油藏中有效储存量,106t;N为由于CO2注入获得提高的原油量,109m 3;N为原油的储存量,109m3;RCO2为CO2利用系数,净CO2注入量与原油采出量的比值,t/bb1

1bb1=159L。

不同地区的CO2利用系数是不同的(Ecofys,2004),如表2-2所示,变化范围相对较大,为0.1~0.8t/bbl。Ecofys(2004)提出用最高、中等和最低3个等级表示CO2利用系数,其对应数值分别为0.8、0.45和0.15t/bbl。Np值计算见式(2-48)。

二氧化碳地质储存技术方法概论

式中:EEXTRA为由于CO2注入而获得的额外采收率,%;Nc为与CC2相接触的原始原油地质储量,109m3

表2-2 各油田项目CO2利用系数统计表

Stevens et al.(1999)根据7个利用驱油项目资料确定出原油重度与由于CO2注入而提高采收率之间的经验关系(图2-3)。Ecofys(2004)根据图2-3将由于CO2注入获得额外的采收率值分成三个等级,即最高、中等和最低3个等级,其数值分别为5,12和20。

图2-3 原油重度与CO2提高采收率关系图

N。表示在注入CO2过程中不可能所有的CO2会和原油接触,因此引人接触系数,则N。可以表示为式(2-49)。

二氧化碳地质储存技术方法概论

式中:N为原始原油地质储量,109m3;C为接触系数,量纲为1。

通常认为在CO2驱油过程中,CO2与原油的接触系数为0.75。国外通常只知道可采储存量,而不知道地质储量,可用式(2-50)计算原始原油地质储量。

二氧化碳地质储存技术方法概论

式中:NR为最终可采储存量,109m3;C为接触系数,量纲为1;API为原油重度,API=141.5/γ。-131.5/γ。为原油相对密度。

适用范围:主要应用于注入CO2提高石油采收率油藏中CO2的基础储存量的计算。从实际油田大量的实践中获得相关系数。

3.气田

计算公式与C级控制潜力相似,见式(2-4)。计算精度要明显提高。

4.煤层

计算公式与C级控制潜力相似,见式(2-34)。计算精度要明显提高。

(三)数值模拟方法应用

在场地级基础储存量计算中,需要对注入储层内的CO2运移状况进行数值模拟。通过数值模拟可以预测未来某一段时间内CO2在储层内的分布状况,进而对CO2地质储量的计算结果予以验证。前文提及的计算方法都是基于CO2最后可溶于储层的总量,但是CO2在储层中的储存过程具有一定的时间尺度,且不同的时段可注入量是不同,需要借助于数值模拟技术来解决这一问题,详见第九章数值模拟技术方法。

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