Экспериментальное и теоретическое исследование механизмов высыхания при закачке СО2 в засоленные пласты

Том 13 научных докладов, номер статьи: 9155 (2023) Цитировать эту статью

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Жизнеспособный ресурс хранения CO2 должен иметь достаточную емкость хранения, надежную эффективность сдерживания и достаточную приемистость скважины. Глубокие соляные формации отличаются вместимостью и эффективностью сдерживания. Однако высыхание пластового раствора и осаждение солей в районе скважины могут ухудшить приемистость CO2 в глубоких соленых коллекторах, тем самым снижая их потенциал для хранения CO2. Эксперименты с заводнением керна и аналитическое моделирование использовались для исследования различных механизмов внешнего и внутреннего осаждения солей. В частности, было исследовано влияние расширения области высыхания на приемистость CO2. Было обнаружено, что для пород с высокой проницаемостью закачка CO2 при относительно низких скоростях закачки может привести к отложению соляной корки на входе для закачки, особенно в условиях высокой солености. Также было обнаружено, что расширение зоны высыхания не оказывает существенного влияния на приемистость CO2. Хотя величина снижения приемистости CO2 увеличилась более чем в два раза при удвоении начальной солености рассола, было обнаружено, что изменения приемистости CO2 в реальном времени во время процесса сушки не зависят от начальной солености рассола. Мы показали, что модель пучка труб может дать полезную информацию о процессе испарения рассола и отложения солей в зоне высыхания во время закачки CO2. Эта работа обеспечивает жизненно важное понимание влияния выпадения солей на закачку CO2.

Предпосылками успешного улавливания, использования и хранения углерода (CCUS) являются надежная эффективность локализации, достаточный объем хранилища и достаточная приемистость скважины для закачки больших объемов CO2 с практическими расходами1. Глубоководные солончаковые формации являются подходящим хранилищем для CCUS с учетом их вместимости и защиты2,3,4,5,6,7. Однако осаждение солей из-за испарения рассола, особенно вблизи ствола скважины, во время закачки CO2 может повлиять на приемистость CO2 в глубоких соленых пластах8,9,10,11,12,13. Основные факторы снижения приемистости CO2, вызванные осаждением солей, были тщательно изучены и идентифицированы, включая концентрацию соли в рассоле, петрофизические и петрографические свойства породы, скорость высыхания, протяженность зоны высыхания, содержание твердых соленасыщенность порового пространства после высыхания, распределение осажденных солей внутри пор и петрофизические свойства пород-коллекторов14,15.

Выпадение солей или отложения солей были серьезной проблемой, связанной с повреждением пластов при эксплуатации нефтяных месторождений с момента зарождения отрасли. При полевых работах, связанных с закачкой, хранением и добычей природного газа; Были обнаружены и зарегистрированы различные уровни ухудшения приемистости, прямо или косвенно связанные с выпадением солей16,17,18,19. В ходе лабораторных экспериментов сообщалось об ухудшении проницаемости от 13 до 83% и снижении пористости примерно на 2–15%9,11,12,20,21,22,23,24. Строгое теоретическое моделирование также подтвердило полученные экспериментальные и полевые результаты23,25,26,27,28,29,30. Cui et al., (2023) собрали более поздние обновленные данные об ухудшении приемистости, вызванном выпадением солей, о которых сообщили различные исследователи в ходе экспериментальных и модельных исследований. В целом, ухудшение пористости было меньше, чем изменения проницаемости, поскольку отложение солей в путях потока оказывает большее влияние на проницаемость, чем на пористость.

Во время закачки CO2 в насыщенную рассолом породу закачиваемый газ первоначально вытесняет подвижный рассол из породы. На этой стадии несмешивающегося вытеснения массообмен между газом и вытесненной водной фазой минимален. После вытеснения мобильного рассола непрерывная закачка CO2, особенно в типичных условиях закачки на месторождении, приводит к испарению рассола, высыханию и осаждению солей. Обычно зона высыхания простирается вглубь пласта со временем закачки после начала процесса высыхания. Некоторые экспериментальные и численные исследования частично рассмотрели механизмы, лежащие в основе развития зоны высыхания качественно и количественно9,25,27,31,32,33,34,35. Однако, насколько известно авторам, не проводилось экспериментальных или модельных исследований, которые пытались бы отслеживать расширение зоны высыхания в режиме реального времени и изучать его влияние на ухудшение приемистости.