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場地級基礎儲存量(B級)計算

場地級基礎儲存量(B級)計算以CO2地質儲存工程場地為評價單元,通常需要對CO2註入儲層中的狀況進行數值模擬,進而獲得準確的工程場地的儲存年限。在計算過程中要求擁有豐富而精確的數據。基礎儲存量計算的基本流程見圖2-2。

圖2-2 基礎儲存量評價基本流程表

(壹)儲存場地地質建模

1.地層特征描述

利用獲得的場地地質背景資料和鉆孔資料,對計算單元的地層巖性、產狀變化、地質結構與分布特征進行精細描述。

2.儲蓋層概化

根據場地地質構造、地層巖性、儲蓋層組合與空間展布、水文地質條件、資源狀況等要素對評價單元內的儲、蓋層進行精細概化,建立高精度的三維地質模型。

3.儲層參數概化

儲層參數概化要求參數齊全,並對儲、蓋層作出精確描述。對儲層孔隙度、滲透率、儲層類型、儲層中的水飽和度、水化學類型等進行細致的參數分區,並且將各個參數分區作疊加處理,針對每個參數分區展開計算。

(二)計算方法

與C級控制潛力評價相比,場地級基礎儲存量(B級)計算範圍僅局限於場地級,要求參數齊全、精細,計算方法精確。計算時,首先要計算出場地的理論儲存量,再計算有效儲存量,即為B級基礎儲存量,以靜態儲存量計算為主。

1.深部鹹水層

首先分別計算構造地層儲存、束縛氣體儲存和溶解儲存三部分儲存量,然後計算場地級基礎儲存量(B級)基礎儲存量。

(1)構造地層儲存機理

在深部鹹水層構造地層圈閉中儲存CO2和枯竭油氣藏中儲存CO2相類似,不同的是圈閉裏充滿的是水而不是烴類物質。計算公式見式(2-37)。

二氧化碳地質儲存技術方法概論

式中: 為CO2在深部鹹水層中構造地層圈閉的理論儲存量,106t;Φ為深部鹹水層巖石某壹點的平均孔隙度,%;Swirr為深層鹹水層巖石的某壹點殘余水飽和度,%; 為地層條件下CO2的密度,kg/m3;x,y,z為空間變量,m。 為地層壓力和溫度的函數,CO2註入過程中地層壓力在原始地層壓力p1和蓋層閾壓pmnx之間變化,因此

(2)束縛氣體機理

求取B級基礎儲存量時,孔隙度Φ和相對滲透率(與飽和度有關)可通過巖心分析測試獲得。因CO2飽和度 和原先被CO2飽和然後又被水浸的巖石體積△Vtrap能夠通過數值模擬方法確定(Kumar et al.,2005;Juanes,2006)。在獲取參數精度滿足要求時,若采用數值模擬方法確定△Vt rap進而計算的結果,可作為束縛氣體機理的有效儲存量。計算公式見式(2-15)。

(3)溶解機理

原始地層水飽和時的CO2含量取決於含水層的壓力、溫度和礦化度等因素。如果在場地內可獲得含水層的壓力、溫度及礦化度分布資料時,則可用式(2-38)計算。

二氧化碳地質儲存技術方法概論

式中: 為CO2在深部鹹水層中溶解儲存的C級控制潛力理論儲存量,106t;Φ為深部鹹水層巖石的孔隙度,%;ρs為地層水被CO2飽和時密度,kg/m3;ρi為初始的地層水的密度,kg/m3 為地層水被CO2飽和時CO2占地層水中的質量分數,%; 為原始CO2占地層水中的質量分數,%;x,y,z為空間變量,m。

(4)總的深部鹹水層中的CO2理論儲存量

總的深部鹹水層中的CO2理論儲存量計算公式見式(2-39)。

二氧化碳地質儲存技術方法概論

式中: 為CO2在深部鹹水層中的理論儲存量,106t; 為CO2在深部鹹水層中構造地層圈閉的儲存量,106t; 為CO2在深部鹹水層中束縛氣儲存的儲存量,106t; 為CO2在深部鹹水層中溶解儲存的儲存量,106t。

(5)有效儲存量

針對場地實際狀況,考慮CO2在深部鹹水層儲存過程中受到儲層的非均質、CO2的浮力、CO2的波及效率以及CO2在整個深鹹水層空間散開和溶解等因素影響,深部鹹水層有效儲存量計算公式見式(2-40)。

二氧化碳地質儲存技術方法概論

式中: 為CO2在深部鹹水層中的有效儲存量,106t; 為CO2在深部鹹水層中的理論儲存量,106t;Ce為有效儲存系數,量綱為1,該值要根據具體的實際情況來確定。同時可以通過數值模擬或實際工程經驗來確定。

2.油田

計算場地級基礎儲存量時,應視不同油田的開采現狀分別對待,不能完全按照已枯竭油藏的儲存量計算方法計算。適宜CO2驅油的油田,要考慮采用該技術情況下的CO2地質儲量。

(1)已枯竭油藏的理論儲存量計算

該方法用於場地內已衰竭的油藏CO2地質儲量計算。基本假設條件時CO2註入枯竭油藏中直到儲層壓力恢復到原始儲層壓力,即油氣采出所讓出的空間都用於CO2地質儲存。計算公式可參見式(2-2)、式(2-3)和式(2-18)。

(2)註CO2提高石油采收率(CO2-EOR)油藏的理論儲存量計算

如果場地內的油藏尚未達到衰竭狀態,仍處於開采中,且有條件采用CO2驅油技術,可利用CO2提高石油采收率(CO2-EOR)油藏的儲存量計算方法來計算理論儲存量。

1)不考慮註入水、采出水和溶解機理問題,且利用CO2提高石油采收率時,CO2在油藏中的理論儲存量可用式(2-41)和式(2-42)兩個公式計算。

①在CO2突破之前:

二氧化碳地質儲存技術方法概論

②在CO2突破之後:

二氧化碳地質儲存技術方法概論

2)考慮註入水、采出水,但不考慮溶解機理問題時,用式(2-43)和式(2-44)兩個公式計算。

①在CO2突破之前:

二氧化碳地質儲存技術方法概論

②在CO2突破之後:

二氧化碳地質儲存技術方法概論

3)考慮註入水、采出水和溶解機理問題時,用式(2-45)和式(2-46)兩個公式計算。

①在CO2突破之前:

二氧化碳地質儲存技術方法概論

②在CO2突破之後:

二氧化碳地質儲存技術方法概論

式中: 為CO2在油藏中理論儲存量,105t 為 CO2在油藏條件下的密度,kg/m 3;N為原油的儲存量,109m3;B0為原油的體積系數,m3/m3;ERBT為CO2突破之前原油的采收率,%;ERHCPV為註入某壹烴類孔隙體積(HCPV)CO2時原油的采收率,%;Viw為註入水油藏的水量,109m3;Vpw為從油藏產出的水量,109m3;Cws為CO2在水中溶解系數,量綱為1;Cas為CO2在原油中的溶解系數,量綱為1。

(3)基於物質平衡法的油藏有效儲存量計算

計算公式與C級控制潛力評價相似,見式(2-32)。

(4)基於類比法的油田有效儲存量計算

利用CO2提高石油采收率項目中獲取實際數據的計算方法,通過引入CO2利用系數來計算有效儲存量。計算公式見式(2-47)。

二氧化碳地質儲存技術方法概論

式中: 為CO2在油藏中有效儲存量,106t;N。為由於CO2註入獲得提高的原油量,109m 3;N為原油的儲存量,109m3;RCO2為CO2利用系數,凈CO2註入量與原油采出量的比值,t/bb1

1bb1=159L。

不同地區的CO2利用系數是不同的(Ecofys,2004),如表2-2所示,變化範圍相對較大,為0.1~0.8t/bbl。Ecofys(2004)提出用最高、中等和最低3個等級表示CO2利用系數,其對應數值分別為0.8、0.45和0.15t/bbl。Np值計算見式(2-48)。

二氧化碳地質儲存技術方法概論

式中:EEXTRA為由於CO2註入而獲得的額外采收率,%;Nc為與CC2相接觸的原始原油地質儲量,109m3。

表2-2 各油田項目CO2利用系數統計表

Stevens et al.(1999)根據7個利用驅油項目資料確定出原油重度與由於CO2註入而提高采收率之間的經驗關系(圖2-3)。Ecofys(2004)根據圖2-3將由於CO2註入獲得額外的采收率值分成三個等級,即最高、中等和最低3個等級,其數值分別為5,12和20。

圖2-3 原油重度與CO2提高采收率關系圖

N。表示在註入CO2過程中不可能所有的CO2會和原油接觸,因此引人接觸系數,則N。可以表示為式(2-49)。

二氧化碳地質儲存技術方法概論

式中:N為原始原油地質儲量,109m3;C為接觸系數,量綱為1。

通常認為在CO2驅油過程中,CO2與原油的接觸系數為0.75。國外通常只知道可采儲存量,而不知道地質儲量,可用式(2-50)計算原始原油地質儲量。

二氧化碳地質儲存技術方法概論

式中:NR為最終可采儲存量,109m3;C為接觸系數,量綱為1;API為原油重度,API=141.5/γ。-131.5/γ。為原油相對密度。

適用範圍:主要應用於註入CO2提高石油采收率油藏中CO2的基礎儲存量的計算。從實際油田大量的實踐中獲得相關系數。

3.氣田

計算公式與C級控制潛力相似,見式(2-4)。計算精度要明顯提高。

4.煤層

計算公式與C級控制潛力相似,見式(2-34)。計算精度要明顯提高。

(三)數值模擬方法應用

在場地級基礎儲存量計算中,需要對註入儲層內的CO2運移狀況進行數值模擬。通過數值模擬可以預測未來某壹段時間內CO2在儲層內的分布狀況,進而對CO2地質儲量的計算結果予以驗證。前文提及的計算方法都是基於CO2最後可溶於儲層的總量,但是CO2在儲層中的儲存過程具有壹定的時間尺度,且不同的時段可註入量是不同,需要借助於數值模擬技術來解決這壹問題,詳見第九章數值模擬技術方法。