摘要
面临“双碳”政策与背景，CO2地质封存尤其是咸水层封存起着极为重要的作用。传统的CO2储存方法是将CO2气体直接注入到储层中，这种方法存在CO2泄漏等诸多安全隐患。本文探索溶解性CO2咸水层地质封存方法，以鄂尔多斯为研究区，首先建立了溶解性CO2咸水层地质储存适宜性评价体系与评价方法，对研究区各咸水层CO2地质储存适宜性进行了评价；然后，运用水文地球化学分析软件PHREEQC，模拟CO2在不同储存温压条件下的溶解度及水化学变化特征，筛选出石盒子组为最优储层；最后，利用TOUGHREACT软件模拟了溶解性CO2注入过程，分析了储层压力场、水化学性质、矿物组分、储层物性的变化特征。论文研究成果可有效指导CO2咸水地质储存，提高安全性和有效性。具体研究成果如下： （1）构建溶解性 CO2咸水层地质存储适宜性的评价指标体系和评价方法。评价指标主要涉及地质条件和储存潜力两个方面，其中一级评价指标5个，二级指标14个；运用层次分析法，通过判断矩阵计算各项评价指标的权重值；将各评价指标分为适宜、较适宜、一般、较不适宜、不适宜5个级别，并给出了各项指标评价标准；运用模糊数学综合评价法、采用半梯形分布函数确定储层各评价指标与评价等级之间的模糊关系矩阵；利用关系矩阵和评价指标的权重向量的乘积得到模糊综合评价矢量，然后对模糊矢量量化，最后得出适宜性评价得分。 （2）结合研究区相关资料，对14项二级评价指标进行了详细分析并赋值；利用建立的溶解性 CO2咸水层地质储存适宜性评价方法对研究区各储层进行了评价，刘家沟组评价分值为7.125、石千峰组评价分值为7.3264，石盒子组评价分值为7.3684，均为大于7，因此研究区刘家沟组、石千峰组和石盒子组储层均较适宜CO2地质储存。 （3）利用水文地球化学模拟软件PHREEQC模拟得到在各储层温度、压力以及原始溶液离子浓度条件下水化学变化特征和 CO2的溶解度。结果显示三个储层pH值均大幅降低，HCO3-离子变化较大，SO42-变化最大，其他离子变化不明显。CO2溶解度由大到小依次为：石盒子组2.9856mol/L，石千峰组2.5617mol/L，刘家沟组1.9658mol/L，综合考虑各储层条件下CO2的溶解度大小和CO2地质储存适宜性评价分值，筛选出石盒子组储层为最适宜存储CO2储层。 （4）选择石盒子组储层作为溶解性CO2储存目标层，建立了模拟溶解性CO2咸水层储存的过程评价模型。根据石盒子组储层地质、水文地质条件，建立了以注水井为中心的径向-垂向二维模型，并将模型边界设置为无限边界；同时给出了模型中的储层矿物成分、流体化学性质、储层物理性质等模型参数；模拟了溶解性CO2注入石盒子组储层时，注入期和注入后期两个阶段的储层压力，水化学 性质、储层矿物成分以及储层物理性质变化特征。 （5）溶解性CO2注入后，储层压力不断增大，注入期储层压力影响范围为10000m，停注后储层压力快速恢复至原始值，保证了溶解性 CO2封存的可行性和安全性。pH值主要受压力作用、水-岩反应和扩散作用影响；SO42-主要受压力作用和受扩散作用影响，最终SO42-浓度恢复初始值，说明溶解性CO2注入能在储层内封存时间长，保证安全性。伊利石矿物发生溶解，高岭石矿物发生沉淀。注入井附近储层矿物总溶解量大于总沉淀量，使储层孔隙度增加，注入后期储层各位置的孔隙度不再发生变化。储层孔隙度增大增加了储层的渗透性，缓解储层压力增加幅度，保证了溶解性CO2封存的可行性和安全性。
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