文摘

有限公司₂在地质存储深处的盐水中是一种有效的方法来减少有限公司₂排放。注入有限公司₂不可避免地造成重大压力增加水库。当存在断层穿过深水库和浅含水层系统,有一个浅含水层的风险是影响储层流体力学领域的变化。摘要径向模型和三维模型建立了TOUGH2-ECO2N的水库系统有限公司₂准噶尔盆地地质存储演示网站分析公司的影响₂注入深层储层压力场和可能影响周围的浅层地下水资源。结果显示,公司的影响₂注入储层压力场在不同时期和不同数量的进行了分析。结果表明,注水井的数量对储层压力场的变化产生重大影响。注水井的数量越大,越大压力场的变化。然而,在停止有限公司₂注入,注入井的数量几乎没有对储层压力恢复时间的影响。的地质条件下网站,不断注入压力,尽管有限公司₂注射有重大影响的压力场深水库,对浅层地下水的影响源面积很小,可以忽略和现有的浅层地下水资源是安全的在给定的项目情况。

1。介绍

全球变暖带来了严重威胁人类的生活环境。减少二氧化碳的排放(有限公司₂)是一个全球共同挑战的国家(1]。地质储存有限公司₂吸引了世界各地的政府和科学家的关注作为一个直接和有效的减排方法国际社会公认的(2- - - - - -5]。一旦公司₂已经运送,它存储在多孔地质结构,通常位于地表以下,几公里,这样的压力和温度条件下水库、公司吗₂存在于一个密集的阶段。合适的存储站点包括前天然气和石油领域,深盐的形成,或近枯竭的油田注入的二氧化碳会增加石油的数量恢复。存储机制包括结构存储,剩余存储、存储、解散和矿物存储。地质储存有限公司₂是一个复杂的过程,因此受到许多因素的影响,如储层条件、岩石非均质性,缺点,矿物质,相对渗透率滞后,倾角的水库6- - - - - -9]。因为深盐碱含水层可以在广泛的领域,找到这些含水层被认为有巨大的潜力有限₂存储(1]。因此,深盐碱含水层得到更多注意的地方存储公司₂。

大规模注入的有限公司₂,压力的增加是一个主要的因素影响存储容量和存储安全(10- - - - - -12]。两个重要的潜在风险与压力相关的增加已经引起了许多学者的注意。第一个风险涉及地质效果,如盖层压裂、断层复活,诱发地震。第二个风险涉及环境影响,如影响浅层地下蓄水层和现有开发活动导致pressure-induced泄漏的有限公司₂水和盐(13- - - - - -15]。

Nicot [16]研究了大公司₂注入含水层沿着海岸的墨西哥湾。他们发现,相当于5000万吨的二氧化碳₂平均每年50年来导致水位上升1米。在一项研究有限公司₂注射在伊利诺斯州盆地Birkholzer和周17)表明,多个存储在山上西蒙砂岩会导致大量连续overpressurized地区。对远场的影响,压力变化可能传播到200公里从核心注入区域举办20存储网站。赵et al。18)模拟的使用在松辽盆地不断注入20口井有限公司₂在不同的利率。五十年后,地层压力增加了8.62 MPa。山本et al。19模拟工业规模的影响灌注的有限公司₂在日本东京湾,压力增加和地下水迁移使用10注水井的注入1亿吨每年100年来,造成有限公司₂羽流传播好几公里。Birkholzer et al。17,20.认为数值模拟的大型工业规模的碳捕获和储存(CCS)项目表明,压力变化引起的有限公司₂在公司注入可能蔓延₂水库,甚至可能影响整个水库和盆地。

水资源的可用性严重影响经济发展和生态环境在南部准格尔盆地的一部分。实施CCS示范项目位于北面的富康将影响水质和地下水的水动力场。在这篇文章中,有限的影响₂注入储层压力场是系统地探索通过TOUGH2-ECO2N数值模拟来分析公司的影响₂注入深层储层压力场和可能影响周围的浅层地下水资源。大型公司的影响₂注入地下水开发和浅周围水源的条件下分析了不同数量的注水井。这项研究提供了一个基础有限公司₂地质储存项目和准噶尔盆地地下水资源的安全。

2。研究区域的地质特征

准噶尔盆地位于新疆维吾尔自治区北部。这个盆地是中国第二大内陆盆地,面积共约135000公里²。根据准噶尔晚古生代构造特征、盆地分为六个一级构造单元,即Wulungu萧条,吕梁隆起,西方隆起,中央抑郁,隆起东部,北天山冲断带,44个二级构造单元。准噶尔盆地构造单元的划分如图1。准噶尔盆地是一个在中国重要的能源基地,有丰富的煤炭、石油、天然气和其他资源。天山北坡的山脉的南部盆地是新疆最发达地区之一,中国。盆地是中国西部发展的关键领域。83%的新疆重工业和轻工业的62%都集中在这个地区。大量的燃煤电厂,钢铁厂和燃煤化学工业的主要来源是位于新疆和有限公司₂排放(21]。

研究领域是有限公司₂之二盐水回收示范站点准格尔盆地的东部,位于天山山脉的北部,大约30公里从富康,如图1。地质构造位于东北富康萧条。沉积岩,类似于那些在整个盆地,经历了各种构造事件从晚古生代到第四纪与海西、印支、燕山期和喜马拉雅造山运动。研究区域的地质剖面附近的注入井图所示2和一个目标注入井的地层柱状图如图3。目标层在这项研究是白垩纪东沟形成(K₂d)。

根据孔隙度和渗透率测试数据从目标注入井,相对多孔和效果东沟形成被选为目标储层在这项研究。上方和下方目标水库,有较低的地层孔隙度和渗透率值作为盖层。目标确定地层的埋藏深度范围基于数据从目标示范站点,如图所示4。

地下水资源研究地区位于准噶尔盆地的南部边缘和北天山山脉脚下。随着经济的发展,对水资源的需求不断增加。地下水的开发和利用极大地增加。在书房的南部和西部地区,有几个大的水源。水源# 1研究区南部的注入井是最接近,距离约25公里。注入井之间的距离和来源# 2,# 3,# 4西南约35公里。第四系孔隙含水层的地下水抽取水源系统和浅bedrock-confined含水层(24)(图5)。增加的地下水开发、地下水环境在不断的恶化。这种情况导致了一系列的生态和环境问题,如地下水过度开采,植被退化,水质恶化,荒漠化。地下水的开发和保护具有重要意义,当地人民的生活和经济发展。实现的有限公司₂地质储存项目位于东北区域地下水的来源,有限公司₂将迁移到注水井的周边地区。尽管现有的地下水来源约30公里从注入井和水之间的垂直距离source-extracted含水层和深部储层约1600米,还有这样一种可能性,即地下水资源注入的影响项目的位置在天山山前断裂带附近。根据早期地质调查,断层的规模很大。可能造成的影响深水库对浅层含水层系统是大型断层可能穿过不同的地层。当深层储层的压力场有明显的变化,它可能影响浅层地下水通过故障源可能安全的连接。有一个公司的风险₂进入地下水的来源和污染地下水。一旦公司₂进入水源,可能发生严重的后果,如地下水酸化和释放重金属元素进入含水层。此外,大型公司的影响₂注入油层压力的领域也可能导致水动力场的变化相关联的含水层水源,地下水会导致安全问题。

东沟的目标储层的形成是分布在整个研究区域。轻轻起伏,形成3°倾角约0°。形成浅在东北部和西南部。这形成白垩纪构造和Shengjinkou地层不整合覆盖。这形成沉积在河三角洲沉积环境。砂岩和泥岩夹层之间的岩性。本研究选择的一个穿孔的东沟形成储层埋藏深度为2241.855 - -2267.48米。本节25.625米的厚度。根据实际测量值在目标注入井,水库的底部的温度是63.0°C和初始压力为22.50 MPa。

3所示。数值模拟研究

在公司₂地质储存项目,注入有限公司₂深陷盐碱含水层导致储层的压力上升(16,18,20.,25]。地质流体扩散的数值模拟研究在复杂的地质结构,通常是复杂的三维地质模型建立更科学的代表实际问题。然而,随着3 d仿真模型的规模增加,计算时间增加显著。因此,在实际的模拟、科学合理选择模型的规模是一个重要的问题。在有限的情况下₂注入,盆地边界的特点是无限相对于有限公司₂注入。在实际施工的数值模型,是不现实的设置无限边界条件的数值模型计算时间的角度和建模方法。因此,考虑到实际地质条件,是非常重要的,以确定一个合理的模型规模模拟精度和计算效率。

当有限公司₂注入水库,压力场将传输主要水库中。根据研究区域的地质条件,有一个断层带附近现有浅层地下水资源目标注入井的南部。为了探索公司的影响范围₂注入储层压力场在水平方向上和分析可能的深层储层压力增加的距离断层带的地方存在,径向模型成立,半径100公里。使用100公里为半径模型的目的是确保在模拟区域内断层带。

3.1。探索的边界模型

在这项研究中,基于目标储层的地质条件在示威中网站的范围和强度的影响有限₂注入储层压力场是通过径向流模型探讨。这种模型勘探奠定了基础建设的规模和边界设置的3 d模型。

模拟进行了使用TOUGH2-MP / ECO2N代码,TOUGH2的并行版本的模块ECO2N流体属性,它描述了非等温的多相流和多组分流体在多孔或断层地质媒体。ECO2N流体属性模块TOUGH2的模拟器(2.0版)是为地质封存申请设计有限公司₂在盐碱含水层26]。这个模块包括一个全面的描述热力学和热物理性质的H₂O-NaCl-CO₂混合物和繁殖的实验误差内流体性质很大程度上温度、压力、盐度条件感兴趣的( , ;完整的岩盐饱和度)和盐度。

3.1.1。设计径向模型,探索模型的边界

探索的范围有限的影响₂注入储层压力场,建立深地下咸水层的径向模型根据目标储层的地质条件。模型的径向长度100公里,分为84网格通过不平等的分裂。水库的垂直厚度是25.625米,这是划分为18层根据孔隙度和渗透率条件。径向模型如图6。

由于非常低孔隙度和低渗透率地层顶部和底部的目标储层的上边界和下边界模型设置为不透水的障碍。探索公司的影响₂注射过程中储层压力场的有限公司₂地质存储、模型的横向边界也设置为一个障碍。

注入井穿透整个水库。考虑水库安全和注入效率,在注入井的压力储层原始压力的1.3倍。注射时间设置为10年根据计划的示范项目。仿真总时间是100年基于之前的研究。

3.1.2。模型参数

根据网站的地质条件,形成广义为横向各向同性砂岩地层。水库被视为多孔介质。每个网格块指定以下参数:绝对渗透率、孔隙度、岩石密度、导热系数、比热容、以及相对渗透率和毛细管压力的关系27]。水库是咸水层,总溶解固体的浓度(TDS)地下水为43223.05 mg / L分析结果的基础上实际的水库地下水。水库的初始温度、初始压力确定基于实际测量值在注入井中。岩石密度、导热系数、和岩石grain-specific热量确定目标储层岩石试验结果显示(图7)和经验参数。总结了模型的详细参数表1。

相对渗透率和毛细管压力是多相流体渗流过程中重要的物理参数。的定义和值参数表中列出2。

液相的相对渗透率计算使用范Genuchten-Mualem关系[28]:

计算气体的相对渗透率,科里函数(29日]:

毛细管压力的计算方法是用货车Genuchten功能:

3.1.3。储层压力监视点

监控公司的影响₂注入储层压力场和提供依据设置的3 d模型,压力监测点放置在位置0.125公里,0.55公里,1公里,2公里,5公里、10公里,20公里,30公里,40公里,50公里,60公里,70公里,80公里,90公里从注入井,如图8。多孔扩散效果的形成有利于压力场和有限公司₂扩散。全面监控对压力场的影响,水库内的监视点地点设置在多孔和效果的条件下,即在低于储层盖层。

3.1.4。储层的压力场的演变

根据在公司压力场的演变₂注入过程(图9在公司),储层压力不断增加₂注入。高压区域迅速转移从注入井在水库周边地区。影响的范围不断扩大。

每个压力监测的压力变化点(图10)表明,注入井的监测点越接近,越压力增加。与此同时,随着注入过程的进行,每个监测点的压力逐渐稳定。密切监控的一点是注入井,稳定时间越短。在压力监测点从注入井125,一年的注射后,此时的压力不再变化,稳定在大约24.30 MPa,油层压力增加为1.83 MPa。在压力监测点从注入井1公里,油层压力基本稳定后9年的注入和储层压力增加1.18 MPa。相比在125监控点的压力,压力在1公里监测点需要更长的时间来稳定和压力增加是大大减少1公里监控点比在125点。

比较注射的压力最后十年在不同的监测与注射前的初始压力点,增加压力在不同的监视点,如图11。根据压力变化,监测点和注入井之间的距离增加,压力变化迅速减少。此外,随着注入井的距离增加,压力变化迅速减少。0.125公里的距离从注入井,增加高达1.83 MPa的压力,同时从注入井30公里的距离,增加只有0.1 MPa的压力。在形成超过50公里从注入井地层压力几乎没有变化。

根据储层压力场的变化后,停止有限公司₂注射(图12),累积压力逐渐消散后,有限公司₂注射停止。一段时间后,油层压力逐渐返回到初始压力。

在公司₂注入停止,每个压力监视一点的压力变化,如图13。正如图中所看到的,10年后停止有限公司₂注射时,储层压力下降。30年后停止后的有限公司₂注入,地层压力逐渐返回到最初的形成大约22.50 MPa的压力。

3.1.5。扩散和分布的有限公司₂在水库

的有限公司₂在注射过程中扩散和分布模式(图14)透露,在有限公司₂注入储层,横向和垂直扩散发生在重力和浮力的共同作用。注射停止时,最大径向扩散距离的有限公司₂是1099米。

的有限公司₂戒烟后的分布有限公司₂注入如图15。有限公司₂下继续进行横向和纵向扩散结合重力和浮力的影响。然而,储层的压力迅速降低。储层压力场的逐步返回到其原始状态。不同位置的压力差驱动有限公司₂扩散也迅速减少。因此,有限公司₂扩散率显著下降。注射停止后,有限公司₂分布没有显著改变。90年后停止注射后,最大的公司₂扩散距离是1329米。

3.2。三维数值模型的影响有限₂注入储层压力场

3.2.1之上。设计的模型

因为径向流模型模拟无法模拟的发展压力场条件下多个注水井,3 d模型有限公司₂构造注入东沟形成水库。模拟也进行了使用TOUGH2-MP / ECO2N代码。

虽然距离影响注射达到50公里的径向模型,压力变化很小。即使在30公里的距离从注入井的压力变化是只有0.1 MPa。此外,考虑注入井之间的距离和水源,从注入井的距离模型边界设置为30公里的3 d模型。数值模型设置为30公里方向,64公里在垂直方向,25.625米的厚度。

(图1中注入模型16),有27层方向,69层方向,18层在垂直方向。注入模型有两个井(图17),有27层方向,70层方向,18层在垂直方向。在注入模型有三个井(图18),有27层方向,71层方向,18层在垂直方向。

板模型的顶部和底部都是防水的界限。侧边界的一侧是零流量边界。三方不井定压边界的边界。结合公司₂扩散距离和分布的有限公司₂注入模拟东沟目标储层的形成,注入井间距设置为2公里2-well和3模型。

孔隙度、渗透率、温度和压力的模型中的每个水库的实际测量值目标注入井和径向模型中使用的相同。的值岩石密度、导热系数、比热容、相对渗透率和毛细管压力的模型也在径向模型中使用的相同。

每个注入井穿透整个水库。不断注入压力模式,注入井和压强是储层原始压力的1.3倍。注射时间是10年,整个模拟时间是100年。

3.2.2。储层压力监视点

监控公司的影响₂注入储层压力场,压力设置监视点位置0.6公里,1.25公里,3公里,5.5公里,11公里,20公里,并从注入井25公里,如图19在1模型中。多孔扩散效果的形成有利于压力场和有限公司₂扩散。全面监控对压力场的影响,设置监视点的位置在储层孔隙度和渗透率最高的条件,也就是说,低于储层盖层。

1模型,压力监测点如图19。2-well模型、压力监测点分为两行,这离垂直扩展1和从两井之间的一个点。监控点构成两个压力监控线,如图所示20.。3模型,压力监视点也分为两行,延长远离直井1和2,形成两个压力监测线。位置如图所示21。

3.2.3。进化的压力场在有限公司₂注射

造成的储层压力变化是有限公司₂注入。每个模型的注射速率和总注入量为每个注入模型图所示22和23。总股份有限公司₂注入率稳定在5.8,9.6,和12.4公斤/ s单井,双井,分别和三个井。10年期注入期间,总注入量分别为1.81,3.05,和398万吨,分别。

根据仿真结果,在监视点的压力压力变化模型与1,2,3井数据所示24- - - - - -26。与径向模型,有压力增量之间的正相关和注入井从监视点的距离。与此同时,随着注入过程的进行,每个监测点的压力逐渐稳定。在接近注入井的监视点,压力基本稳定在一个较短的时间。

分析公司的影响₂注入储层压力场条件下的不同数量的注水井,注水井的数量的影响压力变化进行了比较。2-well和3模型,压力变化的程度在压力监测线展品相对较大的变化。注入井的压力变化在不同的距离(s)对不同数量的注水井在图所示27。体积不变的孔隙空间是恒定的水库。在注射过程中,注水井可以填补孔隙空间注入井附近的速度,导致压力增加速度比较小数量的注水井的情况。这使得储层中的流体向外移动的速度。因此,更多的注入井操作同时可以产生更大的压力积聚在同一时间和同一地点比单井储层注入。

以压力场的变化为1模型作为一个例子,压力变化监测的压力点的分布表明,密切监控的一点是注入井,增加更大的压力。压力监测点之间的距离和注入井的增加,压强变化迅速减少。0.6公里的距离从注入井,增加高达1.1 MPa的压力。然而,从注入井25公里,增加只有0.03 MPa的压力。

储层压力变化模型的比较和不同数量的注水井的数量表明,注水井储层压力变化有显著的影响。在从注入井的距离0.6公里,1模型1.10 MPa的压力增加。监测点的压力增量在同一距离2-well模型和3模型1.58 MPa和2.11 MPa, 1.43和1.92倍的压力增量1模型,分别。在监视点从注入井在不同距离,压力的大小变化在三井的条件下可以两到三倍比1的模型。注水井,更重要的对储层压力场的影响和压力变化越大。

在赵的研究等。25),作者注入有限公司₂在一个固定利率的方法。因此,本研究的储层压力变化小于赵等。最大压力增加形成范围从8.6 MPa 9.3 MPa。然而,有限的影响₂注射压力场并没有太大的区别。由于长时间的模拟研究了赵et al .,公司₂水库是明显大于扩散距离,在这个研究。公司的最大限度的距离₂羽从不同的注水井超过4公里,主要由地层的渗透率和结构决定的。

3.2.4。进化后的压力场停止有限公司₂注射

在1注入模型中,压力的变化在每个压力监测点有限公司₂注入停止如图28。压力累积后的储层逐渐消散有限公司₂注入停止。一段时间后,储层压力场慢慢返回到初始压力场状态。

根据压力变化条件下的模型(图128(图),2-well模型29日),3(图模型30.公司之后迅速),储层压力降低₂注入停止。10 - 15年之后停止注射过程中,储层压力在不同的注入井模型恢复到最初的储层压力。

当压力改变水库的小于0.05 MPa原始储层压力的(2‰),它被认为是回到最初的压力状态。在这种情况下,压力监测所需的时间点在不同距离注入井回到初始压力如表所示3。

期间注射后停止,无论井的数量,近区注入井,需要长时间的恢复到最初的储层压力和远区所需的恢复时间越短。例如,单井模式,压力恢复时间8.1年0.6公里,20公里的压力恢复时间是5.4年。这主要是因为有更多的压力积累在附近地区注入井,和耗散过程的压力超过在遥远的地方积累的压力很小。

在同一注入井的距离,时间的压力恢复和注水井的数量呈正相关。然而,恢复时间的差异不是特别明显。例如,在从注入井的距离1.25公里,油层压力恢复时间8.1年(一个注入井),9.2年(两个注水井),10.4年(三注水井),最大的差异(表2.3年3)。

十年后注入停止时,储层压力基本上回到其初始压力状态。的有限公司₂失去了油藏驱动力量,和存储机制逐渐转向其他机制,如溶解存储和矿物存储。

3.3。公司的影响₂在地下水的安全注射

在径向模型,有限公司₂注入水库、重力和浮力的力量导致横向和垂直有限公司₂扩散。然而,在注射压力与储层压力的1.3倍,最大径向扩散距离有限公司₂1329后是一个模拟时间为100年。由于小公司₂扩散距离,有限公司₂不能迁移到研究区附近地区地下水的来源,从注入井批准公里。因此,有限公司₂扩散在目标水库不会影响水源的水质。

公司的大规模注入₂,特别是通过多个注水井,有更大的影响在储层压力场比有限公司₂扩散距离。然而,有限的影响₂注射压力场是最明显的地区接近注入井。随着注入井的距离的增加,储层压力变化迅速减少。1注入条件的径向模型,储层压力增加只有0.1 MPa从注入井在30公里。在3 d模型和不同数量的注水井,1下,2-well,和3条件,压力增加的距离25公里从注入井只有0.03 MPa, 0.07 MPa,分别和0.11 MPa。3条件下,注射时间是10年,注射压力对储层影响最大的领域。压力场的影响距离和压力增加储层如图31日。

在研究区地下水来源批准公里目标注入井,和有限公司₂注射对压力场的影响很低的水库水源的地区。此外,开采地下水的来源主要发生在第四纪非承压含水层和浅层承压含水层和有多个组reservoir-caprock有限公司之间的组合₂注入水平和利用水资源。水源的矿业地平线大约是1600除了有限公司₂水库。因此,这将是困难的压力后传播有限公司₂注入影响浅层承压含水层的地下水动力场和地下蓄水层。威胁供水安全及水质安全的水源可以忽略。

4所示。结论和建议

本文研究了示范基地有限公司₂选择之二水回收技术在准噶尔盆地和白垩纪东沟作为目标储层形成。的有限公司₂扩散和储层压力场变化引起的有限公司₂通过不同数量的注水井注入被数值模拟分析。得到了以下结论:(1)影响公司的距离₂注入的目标储层压力场1模型探讨了通过径向模型。注射压力的1.3倍,储层压力,压力变化从注入井30公里的距离为0.1 MPa注射10年期内50公里的储层压力并没有改变。这个结果提供了一个科学依据3 d模型扩展和边界条件的设置(2)三维模型被用来探索储层的压力场演化。结果表明,在注入期间,领域不断扩大的压力。注入井的距离越近,越高压力的变化。随着距离的增加,压强变化迅速下降。注射停止后,油层压力完全恢复到原始储层压力后15年(3)同时注入压力、注入井的数量有显著影响储层压力的进化。随着注水井数量的增加,压力增加的监视点从注入井在同一距离显著增加。在监视点从注入井在不同距离,三井条件下的压力变化量是两到三倍的1的情况。当注入有限公司₂停止时,储层压力10 - 15年后回到初始压力水平。恢复的时间没有明显与注水井的数量有关(4)根据数值模拟的结果,由于小公司₂扩散距离,大规模注入的有限公司₂不会影响地下水水源地区的质量。造成的压力场变化的程度有限公司₂注入远远大于公司的程度₂扩散。然而,水源附近的储层压力场变化很少。公司的影响₂注射在浅层地下水动力学的天山山脉南部因此可以忽略。公司的比例注入₂在研究区不会产生重大影响的地下水开发利用附近的水源

目前的仿真结果只是基于10年期固定压力注入。如果项目的操作周期延长,公司的影响₂注入的水动力场将会增加。的联合下断层等地质构造,地下水水化学的特点和水动力场浅周边地区可能会改变,这可能影响安全的水供应。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这项工作是支持中国国家科技重大项目(批准号2016 zx05016 - 005),地质调查项目(批准号121201012000150010),吉林大学研究生创新基金(批准号101832018 c056)。支持的论文也是地下水资源与环境重点实验室(吉林大学),教育部,中国,和吉林水资源和环境的省级重点实验室,吉林大学。