摘要
近年来，随着社会经济的快速发展，人类对以传统化石能源为主的能源需求不断增长，致使化石燃料燃烧所产生的温室气体日益增多。而中国作为一个人口大国，就现在和此后很长一段时间仍会以使用化石燃料作为主要能源。因此实施节能减排措施对于保护大气环境显得尤为重要。据研究表明，CO2地质封存是目前实现CO2大规模减排的有效途径之一。 然而当前，CO2地质封存的研究主要集中于常规储层，而针对低孔低渗储层碳封存过程中CO2运移分布特征、封存机理及其演化特征的研究相对缺乏。目前，鄂尔多斯盆地CO2地质封存的研究主要集中在深部盐水层碳埋存及注入CO2提高原油采收率这两个方面，而盆地内众多低孔低渗油气藏枯竭废弃之后用于埋存CO2，特别是利用数值模拟方法对该地质封存过程的研究更为稀缺。因此，这一方面的相关研究变得尤为迫切。 基于以上背景，本文以鄂尔多斯盆地杏子川油田化子坪油区延长组长4+5层和长6层为研究对象，系统的收集和整理有关文献资料和基础数据，在对研究区CO2地质封存条件做初步的分析并建立对应的三维地质模型的基础上，从CO2迁移转化规律、封存机理、及其岩石力学响应特征对研究区延长组CO2地质埋存过程进行数值模拟研究。探讨了储层中孔隙度、水平渗透率、温度、地层应力、纵横渗透率比、毛细管压力和残余气饱和度等物性参数对封存数值模拟过程的影响，并论证研究区CO2地质封存的安全性。最终通过综合监测，验证CO2注入储层后的运移规律，从而为建立长期、安全的低渗透油藏CO2地质封存技术提供一个成功的范例。 研究结果表明，化子坪研究区延长组长6油层具备良好的CO2地质封存条件，CO2灌注期间地层原有的压力平衡被打破，注入井周围地层压力迅速上升。超临界CO2在储层中形成类似漏斗状的扩散晕。CO2停注后地层压力又会逐渐趋于稳定，CO2呈“舌状”聚集带的状态聚集在储层顶部且侧向分布范围不断扩大。CO2地质封存影响因素众多，其中影响CO2气体捕获按标准敏感度从高到低依次为地层应力、温度、残余气饱和度、水平渗透率和孔隙度；而影响CO2溶解捕获按标准敏感度从高到低依次为地层应力、残余气饱和度、温度、水平渗透率和孔隙度。延长组长4+5层作为盖层，具有非常好的密闭性，通过单井最大注入速率模拟地层应力变化发现其远未达到长6层破裂压力程度也印证了选取化子坪研究区作为CO2地质封存场所具有长期运行的低风险性和高经济性。 通过野外实践，对比模拟注气期CO2平均迁移速度0.0157m/d和水力压裂后现场动态监测实验注气期CO2平均迁移速度7.35m/d，发现对鄂尔多斯盆地低孔低渗储层先期进行水力压裂能够大大加快CO2的迁移速率，提高注入能力。
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