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鄂尔多斯盆地榆林地区山西组二氧化碳地质封存数值模拟研究

王力  
【摘要】:随着经济和社会的快速发展,以二氧化碳为代表的温室气体的大量排放所引起的全球气候变暖问题日益受到世界各国的普遍关注。我国作为全球最大的二氧化碳排放国,短期内以煤炭及煤电为主的基本能源结构模式很难有根本转变,面临十分严峻的减排形势。鄂尔多斯盆地作为我国区域性的大型能源化工基地,二氧化碳的减排问题已成为制约该地区能源化工产业发展的最大瓶颈之一。为了满足经济社会可持续发展的迫切需要,必须采取有效措施实现二氧化碳的大规模减排。二氧化碳地质封存作为一项日渐成熟的可行性技术,已成为目前世界公认的实现二氧化碳大规模减排的有效途径之一 基于以上背景,本文以鄂尔多斯盆地榆林地区山西组为研究对象,系统收集和整理有关文献资料和基础数据,在对研究区二氧化碳地质封存条件做初步分析并建立对应三维地质模型的基础上,从二氧化碳运移分布特征、注入速率和埋存总量、封存机理及其演化特征等方面对研究区山西组二氧化碳地质埋存过程进行数值模拟研究,并探讨了储层条件、注入工艺和网格分辨率等因素对封存数值模拟过程的影响。 研究表明,榆林地区山西组具备良好的二氧化碳地质封存条件,其中山2段的封存条件优于山1段,主力封存层为山23段。由于山西组为低孔低渗储层,导致二氧化碳运移速度缓慢,以垂向运移为主,注入阶段发生水平运移,停注之后侧向运移几乎停止。在储层中形成倒锥状气体聚集区,最终大部分二氧化碳在山1段的遮挡下封存于山2段内,另一部分则向上运移并聚集于山西组顶部盖层之下。研究区山西组二氧化碳注入能力较强,封存潜力巨大。注入地下的二氧化碳以游离态封存为主,其次是束缚态及溶解态封存,矿化封存十分微弱。随着埋存时间的推移,游离态二氧化碳不断向其他封存类型转化,矿化封存逐渐凸显,地质封存的安全性越来越高。 二氧化碳地质封存数值模拟过程中的影响因素众多,其中纵横渗透率比的增加有利于二氧化碳运移能力的提高和扩散范围的扩大;相对渗透率及毛细管压力对束缚气封存影响较大,会降低二氧化碳的流动能力,增加束缚态封存能力;注入速率对封存类型的影响较小,须兼顾封存量与安全性之间的平衡;选择水平井和底部射孔注气,可以提高注入能力和注入总量,增加封存的安全性;网格分辨率对模拟结果影响较大,较粗网格一般会高估溶解封存量,而低估游离态封存量。


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