通过注入油藏深部咸水层优化二氧化碳地质储存

摘要

本文研究目的旨在提供一种最优的二氧化碳（CO2）地质储存实例——注入二氧化碳并储存于油藏下深部咸水层。这即包含油藏中油水接触面（OWE）之下的单独咸水层（该储层在现有二氧化碳存储容量评估中常被忽略），也包括油藏下部的高孔隙度、高渗透性的咸水层。这是一种非常特殊的注入目标层，这种咸水层具有相当大的二氧化碳存储能力，我们推断在美国绝大多数油藏盆地内均存在大量此类地层。本研究主要目的是评估这种假定的可行性。通过试验测试不同含盐度、温度、压力条件下二氧化碳、二氧化碳-油以及二氧化碳-咸水的热物理参数，定量对比油藏和咸水层中的二氧化碳特性。此外，我们对比重系数（N）的分布和迁移性比率（M）进行了对比。其中：N用于描述浮力驱动二氧化碳的趋势；M用于描述二氧化碳在油藏和咸水层中迁移受阻的情况。本研究介绍了油藏／咸水层中二氧化碳注入的优缺点，包括以下方面：（1）二氧化碳在油中的溶解度明显高于咸水（超出约30倍）；（2）油藏中二氧化碳浮力驱动迁移趋势较弱，其原因是与咸水和油的密度差相比，二氧化碳与油的密度差较小（二氧化碳与原油密度差约100kg／m＾3，二氧化碳与咸水的密度差约350kg／m＾3）；（3）由二氧化碳溶解所造成的油或咸水密度增量并不明显（约7～15kg／m＾3）：（4）二氧化碳的溶解会使油的粘滞性显著下降（从5，790降至98mPas）。我们通过数值模拟计算并对比这些关键参数和过程。模拟结果表明，油藏下深咸水层的二氧化碳注入降低了二氧化碳浮力驱动的迁移率。同时，与传统深部咸水层二氧化碳注入相比（即二氧化碳注入非油藏以下的咸水层），这种方案使二氧化碳迁移率达到最小值。最终，从实践和场地应用层面看，我们将储油地层和层厚（储量）作为西南地区碳储存合作组织（SWP）场地部署的一部分，场地试验选址包括美圉犹他州、新墨西哥州、怀俄明州和德克萨斯州州西部等区域。