文摘

100000吨/年示范项目为二氧化碳(有限公司₂)捕获和储存在深盐水鄂尔多斯盆地的形成,中国,已经成功地完成了。野外观察表明,吸水后公司增加了近十倍₂注射开始没有大量积聚的压力。为了评估这一独特现象是否可以归因于地球化学变化,反应交通建模是调查公司进行的₂-water-rock交互和孔隙度和渗透率的变化引起的有限公司₂注入。结果表明,使用porosity-permeability关系,包括弯曲度、晶粒尺寸,和渗流孔隙度、非典型Kozeny-Carman porosity-permeability关系,可以解释大量吸水增加矿物溶解的结果。这些模型可能是合理的选择性溶解在流动路径和解散或迁移的堵塞罚款。地球化学方面的变化,白云石溶蚀孔隙度增加的最大来源。形成的物理属性,如温度、压力、和盐水盐度有适度的对矿物溶解和沉淀的影响。这项研究的结果可能会对一个成功的公司的实践意义₂注射和增强石油/天然气/地热生产低渗透性地层,可能提供一个新的基础筛选存储站点和水库。

1。介绍

地质储存二氧化碳(有限公司₂)在深盐水形成被广泛认为是一个重要的方法减少有限公司₂排放在大气中1,2]。目前,许多公司₂存储操作和示范项目(例如,斯莱,挪威,1996;Weyburn,加拿大,2000;Ketzin,德国,2006年;克兰菲尔德,美国,2008;奥特韦,澳大利亚,2008年)在世界各地进行(3- - - - - -7]。的第一个试点项目有限公司₂捕获和存储(CCS)在中国,神华CCS示范项目,成功完成注入公司的目标₂100000吨/年的速度到陆上盐碱含水层在鄂尔多斯盆地8]。神华的CCS项目的Chenjiacun村Wulam Len镇Ejinhoro县,鄂尔多斯市东南约45公里,内蒙古。鄂尔多斯盆地占地25×10⁴公里²,是我国第二大沉积盆地,孔隙度和渗透率较低的典型流域在中国大陆。深处的盐水中广泛分布在盆地大潜力有限公司₂存储(9]。神华CCS项目使用注入一个垂直井有限公司₂为五个reservoir-caprock组合深度超过1576米:Liujiagou,研究华北,石河子,山西,马家沟的形成。股份总数的80%以上₂注射进入前三的形成(8]。

在公司期间₂注射在神华CCS示范,一个独特的观察现象:注射指数从4.056增加了近十倍³/ h / MPa到2011年的40.018³/ h / MPa在2013年主要注入层,没有强大的压力积聚(10]。这表明公司₂吸水后注入开始增加,这是不同于早前的预测(8]。

对大规模注入的有限公司₂成盐的形成,有限公司₂吸水是一个关键的技术和经济问题的关注。先前的研究和应用表明,有限公司₂可以通过以下机制:影响吸水()压力积累由于大规模和连续有限公司₂注射;()干燥near-well区由于蒸发的H₂O为不饱和有限公司₂;()有限公司₂-water-rock注入引起的互动有限公司₂(减速et al . 2011年)功率11- - - - - -13]。在这些过程中,有限公司₂-water-rock岩石相互作用可以改变矩阵,并可能导致孔隙度和渗透率的变化near-well区(14- - - - - -17有限公司),这是特别重要的₂吸水。

相关实验有限公司₂注入砂岩和碳酸盐岩已报告在先前的研究15,18- - - - - -22]。这些实验表明,有限公司₂-water-rock交互可以在孔隙度和渗透率产生实质性的影响,根据流体组成、岩石矿物学、和地下热力学条件。他们发现碳酸盐溶解过程似乎渗透性增加的主要原因,促进快速蔓延的反应在短时间尺度。

无功传输建模之前一直用于研究地球化学反应及其对渗透率和孔隙度演化的影响14,15,23- - - - - -26]。安德烈et al。14)模拟有限公司₂存储在飞船的多含水层在巴黎盆地(法国)使用模拟器TOUGHREACT被动运输。他们发现near-well区的孔隙度明显增加,由于矿物溶解。这是按照Luquot和Gouze活性材料实验研究15同样的盆地。一些研究[25,26)也报告说,地球化学反应溶解寄主岩石孔隙度和渗透率增加从而影响流体通过无功传输建模。另一方面,Izgec et al。23)发现有限公司₂注入碳酸盐岩含水层模拟使用发生的恒星可能导致渗透率降低以及改进取决于矿物溶解和沉淀之间的平衡。此外,Sbai和Azaroual [24)发现有限公司₂注射可能在某些情况下导致微粒堵塞储层孔隙减少导致渗透率和吸水注入井附近的下降。

实验室实验,此前成像特性,数值模拟结合来描述矿物蚀变和相关活性运输过程和机制引起多孔介质有限公司₂注入(减速et al . 2011年)功率(16,27,28]。这些研究主要集中在孔隙或continuum-scale运输和反应过程和显示有限公司₂吸水增加从溶解碳酸盐和硅酸盐矿物(特别是长石组成)。他们还证实了碳酸盐矿物的快速反应动力学与硅酸盐矿物。在这些研究方法,数值模拟是一个很好的技术有限公司₂注入和地球化学性能可以在不同时间和空间尺度上的建模。

一般来说,以往的研究表明,有限公司₂-water-rock交互诱导矿物溶解和沉淀,因此可以改变表面的孔隙度和渗透率矩阵,从而影响到公司₂吸水和整体存储容量。孔隙度和渗透率的变化趋势和幅度是高度水库具体取决于储层性质,这是与粒子大小、卤水成分,以及热力学条件。

geohydrological分析、机械、热、地球化学过程在神华CCS项目报告(29日- - - - - -33]。然而,很少有这些集中在相当大的公司₂吸水时增加有限公司₂注射时间。刘等人。33)检查这一独特现象进行了数值模拟,得出通过异构性问题,它可以解释储层渗透率。然而他们的方法没有考虑公司的可能作用₂-water-rock交互在有限公司₂吸水。

在这项研究中,我们应用二维径向注入模型使用被动运输代码TOUGHREACT调查公司的影响₂-water-rock地球化学反应在有限公司₂吸水的进化形成的孔隙度和渗透率神华CCS的网站。我们关注Liujiagou,研究华北和石河子的形成,这是三种主要形态,扣押超过公司总数的90%₂注入。目标是确定关键机制控制有限公司₂-water-rock交互时有限公司₂注入,尤其是重点调查公司的原因₂吸水改善神华CCS项目。此外,我们研究了各种参数对矿物溶解/沉淀的影响以及相关的孔隙度和渗透率变化,将仿真结果与实验数据可用。这些机制可能有重要的实际意义的理解对于一个成功的公司₂注射和存储操作在低渗透性地层,提供了新的基础存储站点和水库的筛选和评估有限公司₂从地球化学角度吸水。

2。建模方法

2.1。数值计算工具

本研究提出的模拟进行了使用无功传输代码TOUGHREACT [34,35),介绍了地球化学反应在多相流体和热流代码TOUGH2 V2 (36]。一个流体属性模块ECO2N [37)是用于描述等温或非等温多相流在H₂O-NaCl-CO₂在盐碱含水层系统条件下通常遇到感兴趣的公司₂封存(31°C≤≤110°C;7.38 MPa <≤60 MPa)。TOUGHREACT thermal-physical-chemical代码适用于一,两年,或者三维地质与物理和化学异构系统。流体流动的数值方法和化学交通仿真是基于积分有限差分(IFD)空间离散化的方法。化学反应方程的系统是由牛顿迭代解决网格块的基础上。热力学模拟中使用的数据来自EQ3/6数据库(38使用SUPCRT92],它派生的。当地的平衡常数和动能率用于TOUGHREACT指徐et al。35]。

孔隙度的变化矩阵直接与体积变化由于矿物溶解和沉淀。储层的孔隙度计算TOUGHREACT代码 在哪里是矿物的数量;是矿物的体积分数吗在岩石中( ,包括孔隙度);和岩石的体积分数是不反应的。

储层渗透率变化计算孔隙度变化的使用比率根据Kozeny-Carman谷物的渗透率模型(35),如下: 在哪里初始磁导率;和分别是当前和初始孔隙度。

详细给出了数值方法(34,35]。

2.2。模型描述

一个二维(2 d)径向模型采用一个概念性的框架来研究有限公司₂-water-rock交互在有限公司₂三个主要地层吸水(Liujiagou,研究华北和石河子)在神华CCS示范项目网站(图1)。二维齐次模型代表一个100米厚砂岩储层径向伸长的10公里,足够大,以确保边界条件保持恒定的压力与初始值,也就是说,相当于一个无限代理系统。其他作者在以前的研究中也使用类似的近似(减速et al . 2011年)功率35,39]。网格是由4010个cocentered细胞的元素。第一个单元格包含注入井的半径为0.2米。从注入井,200网格细胞被认为是0.2到1000米,1000米和3000米之间的100个网格细胞,3000和100之间的网状细胞和10公里。在每一个时间间隔,细胞的半径遵循对数级数。垂直离散化是通过储层的划分成10层与一个常数10米的间距。基岩和盖层是假定为不透水不渗透边界。

有限公司₂注入水库以恒定流量的3.17公斤/ s(对应0.1吨/年)注入井的底部4层均匀30年了。用于模型的物理属性的三个形态(深度从1576米到2232米不等)在神华CCS网站从之前的作品8,40),在表中做了总结1。初始压力是流体静力学平衡决定使用模型,和三个地层的温度固定在55°C, 62°C,分别和67°C。三个地层的孔隙度和渗透率从测井数据,获得和渗透率是假定为各向同性。地层的孔隙压缩系数是4.5×10⁻¹⁰。毛细管压力和液体相对渗透率计算货车Genuchten [41后,气相对渗透率计算科里(42]。不同的场景模拟来确定公司的不同机制₂-water-rock交互。

2.3。矿物成分

最初的岩石矿物成分是来源于中描述的实验室分析8,43- - - - - -45]。Liujiagou形成特点是长石砂岩和岩屑长石砂岩。它主要由石英、碱性长石、斜长石、多层绿泥石、蒙脱石、伊利石和高岭石。研究华北形成丰富主要由长石砂岩和岩屑长石砂岩,主要由石英、长石组成,方解石,少量的粘土矿物(伊利石和蒙脱石)。长石石英砂岩和长石岩屑砂岩是石河子的主要岩石类型的形成。它主要由石英和一些粘土矿物(伊利石和蒙脱石)、碳酸盐(方解石和白云石),斜长石。应该注意的是,碱性长石被表示为钾长石、斜长石是钠钙长石的表示为一个理想的固溶体,和蒙脱石分为Na-smectite Ca-smectite同样的体积分数指以前的研究(46- - - - - -48]。表中给出了详细的矿物成分2。

仿真结果可以深刻影响次生矿物组合的选择。几乎所有可能的次生矿物质被认为是模拟根据先前的研究35,49]。

2.4。水地球化学

中包含的主要离子在三个地层孔隙水Na⁺、钙^{2 +},Cl^{- - - - - -};然而,总溶解固体(TDS)内容大幅变化。Liujiagou地层水矿化度高,与TDS内容约56000 mg / L。研究华北地层水的TDS内容为31200 mg / L,石河子地层水的TDS内容是9390 mg / L (44,45,50]。模拟反应运输之前,执行批处理中的水-岩作用地球化学建模平衡初始地层水与主地层矿物成分(表2在油藏温度和CO。₂分压。背景公司₂分压是选择匹配测量pH值根据徐et al。51]。由此产生的三个地层水化学(表3)是用作反应交通仿真初始条件的有限公司₂注入。

3所示。结果与讨论

3.1。孔隙度和渗透率变化对公司的影响₂吸水

吸水,的流量有限公司₂实现特定注入井和储层之间的压力差。它是由线性正比于储层的渗透率 在哪里注入了CO的体积流量吗₂,P是注射压力和储层压力之间的压差,立式储层厚度,μ是流体的粘滞性,的径向距离下标表示well-reservoir界面和储层的边界。渗透率变化注入井附近有比较大的影响比遥远的地区的储层渗透率变化的对数径向距离分母。本地化的精确影响渗透率的变化可以使用加权平均估计的对数径向距离所定义的

的初步分析渗透率变化的潜在影响,没有必要解决(4)精确;吸水数量级的影响可以通过假设一个统一的评估渗透率的变化。在此基础上,吸水线性增长渗透率梯度的统一。的最大磁导率增加0.32%、0.40%和1.39%三个水库增加会导致一个完全相同的有限公司₂吸水。因此渗透率变化估计使用(2)和(3)是不足以解释明显增加吸水期间观察到神华CCS项目。

然而,这个结果依赖于使用Kozeny-Carman纹理模型(2)作为估算出来的渗透率的变化对孔隙度变化的反应矿物沉淀/溶解。隐含在这个模型的假设是曲折和矿物晶粒尺寸保持不变,孔隙度变化,这可能并非如此。此外,Kozeny-Carman模型排除了渗透渗流限制的可能性,也就是说,下面的最小孔隙度,渗透率是零由于缺乏液压之间的连接孔。替代形式的Kozeny-Carman模型提出了占这些因素(52),如 在哪里代表矿物粒度,是迂回曲折,是渗透储集岩的孔隙度。从(5),如果公司₂-water-rock interaction-induced矿物溶解导致晶粒尺寸增加或减少迂回曲折,它可能导致更大的渗透率增加比计算2)。

晶粒尺寸预计不会大幅增加。渗流孔隙度估计通常是1 - 3% (52],这不足以解释增加吸水:渗流孔隙度3%将导致最大磁导率增加0.45%,0.50%,1.87%三个水库。然而,曲折已报道相差很大在固定孔隙度相似的岩石或其他多孔介质样品(53]。大幅减少弯曲度会导致渗透率非常重大的差异(例如,减半的弯曲度会增加渗透率四倍)。大幅减少弯曲度可以解释说,至少在理论上,通过矿物precipitation-dissolution选择性地发生在主要的流体流动路径的关系。如果解散主导在更大、更直接的流动路径,和降水主要发生在毛孔不流路径的一部分,总孔隙度发生了很小的变化,也可能会导致弯曲度大幅度增加,因此渗透。此外,它可能可以减少迂回曲折的细颗粒塞,桥,或侵犯现有或潜在的流体流动路径。只有少量的溶解可能需要将罚款,让他们解决流体流动。

这些可能的解释提供了一个概念性的框架,它可以解释吸水增加有限₂-water-rock-interaction-induced矿物溶解和沉淀。需要进一步的研究来评估是否适合应用于热源系统。特别是,流模型将罚款迁移和机械力对沉淀和溶解反应的影响,以及实证研究使用储层岩心样品,提供见解可能的地质机制有限公司₂受量增加。这种进一步研究可能有助于区分地球化学变化和渗透率非均质性解释观察到的公司竞争₂受量增加。

3.2。分析矿物溶解/沉淀孔隙度变化

矿物的溶解和沉淀引起的有限公司₂-water-rock交互确定孔隙度变化。为了研究这一过程,明确关键矿物质导致孔隙度的变化,并分析不同矿物组合的Liujiagou之间的差异,研究华北,石河子的形成,我们研究矿物体积分数变化的分布和浓度的这三种形态的主要水物种沿水平方向的深度−75后30年的有限公司₂注入。

矿物组成的变化和主要水物种作为公司的函数₂-water-rock interaction-induced溶解和沉淀不同的构造图中可以看到2。图2(一个)显示了水平分布主要矿物体积分数和孔隙度的变化Liujiagou形成后30年的有限公司₂注入。可以看出整个模拟孔隙度变化明显与矿物溶解和沉淀。矿物蚀变的空间分布在不同地区的不同。矿物溶解和沉淀最实质性的第二区,因为有足够的水有限公司₂降低pH值低至5.0微扰系统的平衡态。这是符合主要水物种的浓度(图的变化2 (b))。主要溶解矿物质钠钙长石、绿泥石、钾长石、高岭土、钠钙长石的溶解提供体积分数降低的主要来源,在协议与矿物质行为实验(45]。沉淀矿物主要有Na-smectite Ca-smectite,伊利石、菱铁矿、消费Ca^{2 +}和毫克^{2 +}由钠钙长石的溶解和绿泥石。矿物质的净体积分数变化是减少,导致孔隙度增加。

由此产生的孔隙度变化的探索研究华北形成图2 (c),矿物的体积分数变化和径向距离显示经过30年的有限公司₂注入。注入有限公司₂排开的液体流从注入井,但一些液体流动逆转由于capillary-drive,为公司提供水₂-water-rock交互。孔隙度在带我略有增加,这可以解释大量的方解石相对于无水石膏溶解沉淀。这是符合Ca的增加^{2 +}浓度(图2 (d))。然而,这种效应是减少在该地区大约30米距离由于许多矿物质沉淀。在第二区中,钠钙长石、伊利石和方解石卷下降相对于初始条件,而高岭石、石英、碳钠铝石,钾长石、Na-smectite, Ca-smectite卷增加。总的来说,最重要的贡献者所引起的体积变化奥长石溶解沉淀与溶解。没有明显的孔隙度变化区第三因为有限公司₂没有达到这个区域的储层。

如图2 (e),有一个明显的不同矿物之间改变石河子形成和其他两个的形成,尤其是白云石和方解石的变化。在石河子形成白云石体积分数的降低(6),方解石的体积分数的增加而增加。这也证明了实验研究[44]。白云石溶蚀的影响以及方解石沉淀区充实我并确定孔隙度的变化。该区域的变化可以解释为液体倒流进区我由于capillary-drive结合白云石导致快速的反应活性高有限公司₂-water-rock交互。可以推断,白云石提供了Ca的解散^{2 +}为方解石沉淀((6)- (7)),Ca^{2 +}使无显著变化(图2 (f))。在第二区中,白云石和方解石沉淀也大量瓦解,尽管奥长石溶蚀孔隙度变化也改变和Na-smectite Ca-smectite降水。整体效果是减少净矿物体积分数导致孔隙度增加。奥长石溶解也发生在第三区,主要是由于降水Na-smectite和Ca-smectite ((8)- (9)),消费Ca^{2 +}和钠⁺因此促进钠钙长石的溶解(10):

的时间和空间演化三个地层中的主要矿物的体积分数图所示3。通过分析和矿物蚀变孔隙度变化的数字2和3,可以看出关键矿物质near-well地区影响孔隙度(区)方解石和白云石。在第二区中,钠钙长石的溶解和白云石在孔隙中扮演关键角色的增加,所观察到的现象一致郝et al。16通过研究有限公司)₂全身的低渗透性碳酸盐储层的溶解过程。它可以得出的结论是,奥长石、白云石和方解石是关键矿物质影响孔隙度增加神华CCS示范项目在有限公司₂注入。

这些结果表明局部矿物溶解在公司的重要性₂-water-rock交互,从而导致大量增加的体积孔隙空间从而提高储层的孔隙度和渗透率,并可能有限₂通过机制以前讨论的吸水。

3.3。孔隙度变化的影响因素分析

矿物组成、温度、压力、盐度每个可能影响有限公司₂-water-rock交互(矿物溶解/沉淀)从而影响孔隙度和渗透率的变化。为了研究这些因素的影响,一个额外的13例仿真分析,每个不同的一个因素相对于石河子的基本情况(表形成4)。应该指出的是,矿物成分(尤其是白云石、方解石和钠钙长石)和地层物理性质(如温度、压力、和盐水盐度)之间的关键区别不同的阵型。因此,进行一系列的分析来评估孔隙度和渗透率的变化和矿物蚀变是如何受这些参数的影响。

3.3.1。影响的关键矿物质

白云石是系统中一个关键的主要矿物。数据4(一)和4 (b)显示了不同孔隙度变化和矿物蚀变如果储层包含更大或更小的白云石。可以看出,最大孔隙度12.61%以上的股份有限公司₂羽流系统中当没有白云石。的最大孔隙度增加到12.645%时白云石的初始体积分数为3%。然而,当白云石的初始体积分数为15%,孔隙度没有明显增加,但是事实上,孔隙度变化区二世与白云石体积分数为3%的结果。随着白云石含量增加near-well地区(区),孔隙度变化影响不大;这是因为反应受到缺水(由于水蒸发到自由有限公司₂矿产(即初始阶段)和过度。白云石过度饱和)。这也是主要材料实验中观察到由Tutolo et al。22]。

白云石的复杂影响孔隙度不同的行为结果的白云石矿物蚀变诱导差异的内容。如数据所示4 (b)和4 (c)系统中,当没有白云石,矿物质和主要水物种表现出截然不同的行为与基本情况。在这种情况下,方解石溶解而不是沉淀在带我和二区,和奥长石主要是溶解在第二区中,虽然没有毫克^{2 +}提供的白云石。一些高岭石和石英沉淀,也不同于基本情况。

白云石体积分数增加的总体效果是减少净矿物体积分数,导致小孔隙度增加。当存在白云岩(因此Ca^{2 +}和毫克^{2 +}),发生脱白云石化:白云石转变为方解石。这个结果同意与燕和张的研究(54]。这是因为吉布斯自由能的变化()白云石溶蚀小于,方解石溶解;即为白云石溶蚀小于所需的能量,方解石(27,55]。因此更容易发生解散白云石比方解石。此外,白云石的存在可以促进Na-smectite降水和Ca-smectite奥长石的溶解和沉积在有限公司₂羽流。

与白云石、方解石对矿物蚀变的影响最小,孔隙度、和主要水物种的变化系统,如图4 (d)- - - - - -4 (f)。应该注意的是,黑色线代表3%体积分数方解石伴随着蓝线代表15%的方解石。在主矿物方解石缺席时,方解石仍然沉淀系统中,由于增加Ca^{2 +}由白云石溶蚀(脱白云石化)上面提到的。只有当白云石不在可以方解石溶解孔隙度增加(数据做出贡献2 (c)和4 (b))。

数据4 (g)- - - - - -4(我)显示主要水物种的变化、孔隙度及相关矿物蚀变对不同初始径向距离奥长石含量。这些结果表明,钠钙长石也扮演着重要的角色在孔隙度和渗透率的变化(图4 (g))。可以看出奥长石含量越大,孔隙度增加和Mg的浓度越小^{2 +}由白云石,这主要是因为奥长石可以抑制解散白云石(图4 (h))。这进一步表明,白云岩地层孔隙度增加和的一个重要矿产有限公司₂吸水的改进。

3.3.2。物理参数的影响

为了研究物理参数的影响,温度、压力、盐度,我们使用了石河子形成的基本情况来改变一个因素得到温度、压力、盐度目标允许更多类似的、一致的、理解的结果。石河子的初始温度和压力形成67°C和21 MPa,和温度的变化是50°C(案例(例)和80°C),是10 MPa的压力(案例)和30 MPa(案例)。最初的水盐度石河子0.9 wt形成。%溶解氯化钠,蒸发到9(案例)和15(案例)wt. 0.09 wt %生理盐水溶解和稀释。%溶解氯化钠(案例)来评估盐度效应,如表中可以看到4。

温度。图5(一个)表明,储层的孔隙度变化的温度67°C的温度大于50°C和80°C,表明孔隙度增加,然后降低的变化随着储层温度区我和区二世之间的最大值发生50°C和80°C。这是由于矿物体积分数的变化,白云石的解散先增加,然后随着温度增加而减小带我和二区(图5 (b)),这是符合研究严et al。56]。虽然奥长石的溶解温度增加而增加,降水Na-smectite Ca-smectite相应增长在第二区,这样几乎没有净贡献孔隙度增加。大孔隙度随温度在第三区有限公司₂,造成钠钙长石的溶解。温度的影响的水平分布的变化主要水物种如图5 (c),同意与矿物蚀变。它可以得出结论,对矿物溶解和沉淀温度有很大的影响以及随之而来的孔隙度和渗透率的变化。

压力。压力的影响水平分布孔隙度的变化,矿物体积分数,和主要水物种数据所示5 (d)- - - - - -5 (f)。可以看出,孔隙度增加而增加的变化来自30 MPa(图10 MPa的压力5 (d))。然而,压力的影响不同的沉淀与溶解矿物质不同。这也导致了复杂行为的主要水物种(图5 (f))。白云石溶蚀的增加和压力导致相应的方解石沉淀,虽然没有压力对奥长石溶解的影响观察的压力范围内调查。这也支持这个想法,孔隙度增加导致碳酸盐mineral-dolomite解散的关键。

盐度。盐度对孔隙度的影响的评估是蒸发的初始水石河子(0.9 wt形成。%溶解氯化钠)增加盐度9和15 wt。%生理盐水溶解和稀释初始水降低盐度0.09 wt。%生理盐水溶解。如图5 (g)孔隙度的变化,随着盐度增加0.9至15 wt。%生理盐水溶解。可以推断,盐度的总体效果是减少净矿物体积分数。数据5 (h)和5(我)显示矿物体积分数变化的水平分布和主要水物种,这证明这一点。可以看出,解散白云石盐度增加而增加,而其他矿物质和水主要物种的dissolution-precipitation不会改变除了小方解石沉淀。这是按照先前的研究22,54),可以解释为溶液的离子强度增加盐度和减少水的活性物种,从而促进白云石溶蚀。没有明显的差异之间的孔隙度变化盐度为0.09%(图中未显示)和0.9 wt。%生理盐水溶解。这可能是因为这两个盐度很低,没有重大影响矿物蚀变和顺向孔隙度变化。

3.4。时间和空间演化的孔隙度和渗透率

注入有限公司₂深处的盐水中导致一个序列的有限公司₂-water-rock交互,诱导矿物溶解和沉淀,产生实质性影响储层的孔隙度和渗透率。图6Liujiagou显示疏密度的演化,研究华北,石河子的形成。孔隙度在每个形成随时间逐渐增加,孔隙度的变化范围是符合移民公司的范围₂;这是符合野外观察8]。然而,疏密度是不均匀的分布在有限的范围₂羽流。这可能是由于不同的化学反应在不同的地区。三个水库经验增加孔隙率高达0.10%,0.12%,和0.42%,分别根据主要矿物成分和储层条件。

图7显示的时间和空间演化Liujiagou渗透率,研究华北,石河子的形成。这三个形态经历了渗透率的增加0.32%,0.40%,1.39%。变化的渗透率与孔隙度(图达成一致6),因为从孔隙度渗透率计算使用(2)。

超临界有限公司₂饱和度和孔隙度变化的非均匀分布沿水平方向的深度−75后30年的有限公司₂注入如图8。可以看出,储层孔隙度的分布与超临界CO的变化密切相关₂饱和度。水库系统可以分为三个区域根据超临界CO₂饱和,()带我:超临界CO₂地区,所有的水已经流离失所或蒸发和Sg是接近1,()区II:有限公司₂和咸水地区,pH值减少由于有限公司₂溶解在水中的阶段和稳定准平衡值约为5.0,和()第三区:盐水区域,形成水域受注入有限公司组成₂。孔隙度变化的分布对应于超临界CO的这三个不同的区域₂饱和度(图8)。孔隙度变化是不同的三个形态因其不同的物理和化学性质和相应的平衡的矿物溶解和沉淀引起的有限公司₂-water-rock交互。

Liujiagou形成的孔隙度变化是最有限的:它增加稍带我在注入井的距离超过3米,有一个温和的均匀孔隙度增加区二世。在第三区域,孔隙度不会改变,因为系统维护其初始平衡态没有有限公司₂干扰。研究华北地层的孔隙度的变化比Liujiagou形成,和每个地区的变化趋势是不同的,尤其是在区域的三个形态,石河子地层的孔隙度变化最大,最大变化位于第二区。

的有限公司₂-water-rock互动有限公司后₂注射导致孔隙度和渗透率的变化。这些变化直接与矿物溶解和沉淀,计算(1)- (2)[35]。如果矿物溶解的体积比那些沉淀的体积大,孔隙度增加的结果。这将会导致渗透率的增加,因此提高了吸水的有限公司₂形成。孔隙度的差异三个形态表明,不同公司之间的变化₂Liujiagou -water-rock发生相互作用,研究华北,石河子的形成。可以得出结论,孔隙度的变化区二世更大比区。这主要是因为没有冷凝水在带我因此矿物反应是有限的,而第二区是一个两阶段的地区足够的盐水和有限公司₂为有限公司₂-water-rock反应迅速进行。

3.5。实验室实验与之前其他建模工作

对神华CCS示范项目,有限公司₂-water-rock交互和相关矿物溶解/沉淀后有限公司₂注入测试在实验室的实验43- - - - - -45),我们找到好的定性协议与我们的结果。道(45)进行批反应实验使用的混合物与砂岩有限公司₂和盐水流体的温度在60°C, 80°C, 100°C和16 MPa的压力1到25天。砂岩样品是来自神华Liujiagou组CCS示范项目网站。有限公司解散后₂SEM和EDS分析显示,重大解散主要矿物质如钾长石、钠长石、绿泥石和降水等次生矿物的菱铁矿和一些粘土矿物。应该注意的是,钠长石是对应于奥长石在我们的研究。这些矿物蚀变模式很符合我们模拟。

批反应也由王(43和杨44使用研究华北地层砂岩样品和石河子的形成,中国鄂尔多斯盆地。24天的实验温度55°C, 70°C, 85°C, 100°C和18 MPa的同样的压力。SEM和EDS分析表明钠长石和方解石和白云石等碳酸盐溶解后降低pH值的有限公司₂注入。在实验过程中,溶解碳酸盐缓冲液的pH值在5和7.3之间。K的浓度⁺,Na⁺,Ca^{2 +}增加了由于初始白云石和钠长石的溶解。他们的发现的矿物蚀变与我们的模拟,一般协议的溶解矿物质大于降水、和矿物溶解量增加而提高温度在一定温度范围内。这可以解释实地观察好,吸水后增加有限公司₂注入。

讨论的实验显示,只有中间的碳酸盐矿物和一些未知的铝硅酸盐矿物沉淀,和粘土矿物的沉淀是很少观察到。这与我们的仿真结果,沉淀等碳酸盐碳钠铝石和方解石和蒙脱石和高岭石等粘土矿物沉淀与奥长石溶解被预测。等因素的差异被解释为动能和成核效应可能防止这些矿物的形成在短时间尺度(只有24天)的实验44,57]。

除了批实验上面所讨论的,我们也将我们的结果与先前的反应交通建模结果(39,57,58]。这些模拟表明,矿物溶解和沉淀引起的有限公司₂注入产生重大影响的孔隙度和渗透率的变化。刘等人。58)执行耦合反应流和运输模型有限公司₂西蒙•砂岩地层注入太。美国中西部。他们发现解散钾长石、钠钙长石和白云石起源于矩阵导致孔隙度增加,从最初的15% - 15.7% near-well区注入期间,这是符合我们的模拟。在另一个最近的一篇论文(57),最初的矿物成分用于这项工作是类似于研究华北地层在我们的研究中,但矿物质含量和原位条件(如温度和压力)是不同的。尽管有这些差异,他们的结果都符合我们研究孔隙度的增加是由于触发的酸性盐水溶解的矿物质如方解石和钠长石(对应于奥长石在我们的研究)。同时,片钠铝石的形成在两种模型。

4所示。结论

本研究调查有限公司₂-water-rock地球化学反应在有限公司₂注射在神华CCS示范站点使用二维(2 d)无功传输模型。潜在作用的矿物溶解和沉淀(和产生的孔隙度变化)在解释增加了近十倍吸水观察到该网站使用传统和替代porosity-permeability模型探讨了。影响矿物溶解/沉淀的主要矿物成分(如白云石、方解石和钠钙长石)和地层物理性质(如温度、压力、和盐水盐度)也被检查。结论如下。

的有限公司₂-water-rock相互作用引起的有限公司₂注入深盐碱含水层影响储层的孔隙度演化由于矿物溶解和沉淀。三个形态逐渐增加的疏密度随着时间的推移,在公司₂注射,孔隙度变化的空间分布与迁移的范围是一致的有限公司₂。Liujiagou的疏密度,研究华北和石河子储层经历了最大涨幅在0.10%,0.12%,和0.42%,分别。这三个形态之间的孔隙度变化的差异是不同公司的结果₂-water-rock交互发生由于他们不同的主要矿物组成和储层条件。

储层渗透率会增加结果的孔隙度增加。使用一个典型的Kozeny-Carman porosity-permeability关系,增加了近十倍吸水观察不能归咎于有限公司₂-water-rock interaction-induced矿物溶解。然而,使用porosity-permeability关系,包括弯曲度、晶粒尺寸,和渗流孔隙度,可以解释吸水增加矿物溶解的结果。这些模型可能是合理的选择性溶解在流动路径和解散或迁移的堵塞罚款。实证研究使用核心样品将需要评估应用这些替代模型的适用性神华CCS的网站。进一步的研究还可以探索近井porosity-permeability改变早期阶段的公司₂注射,也更极端的储层属性的变化是否可以解释下渗透率变化Kozeny-Carman porosity-permeability关系。

主要矿物组成和物理储层参数的变化说明了白云石是关键矿产有限公司期间影响孔隙度增加₂注入,白云石的溶解和沉积可以抑制方解石的溶解。钠钙长石的溶解也能导致孔隙度增加,尽管奥长石也可以抑制白云石的解散,这是不利于孔隙度增加。形成的物理属性,如温度,压力,盐水盐度影响矿物溶解和沉淀的都是重要的因素以及相关的孔隙度和渗透率的变化。

仿真结果与实验数据和发现显示相当良好的协议。这些结果表明局部矿物溶解在公司的重要性₂-water-rock交互,从而导致大量增加的体积孔隙空间从而增加储层的孔隙度和渗透率。本研究有助于深化我们对地球化学变化可能如何影响公司的理解₂吸水。本研究的结果可以对一个成功的公司有重要实际意义₂注射和增强石油/天然气/地热生产低渗透性的形成,提供了一个新的依据筛选最有效的存储地点和水库和评估有限公司₂通过考虑特定的矿物学和原位条件下吸水。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作得到了国家自然科学基金(国家自然科学基金委,批准号。41602272和41572233),中国澳大利亚双边项目地质储存二氧化碳项目第二阶段(CAGS2)和项目由中国博士后科学基金会资助(批准号2016 m592405)。