枯竭油气藏二氧化碳地质封存 场地级基础储存量（B级）计算
一般情况下，油气藏都经过了一定时间的开发，受当时的技术、经济条件限制，有部分原油不能被采出，从而丢失了部分开采价值，这些油气藏往往被称之为“枯竭的油气藏”。实现枯竭油气藏CO2地质封存时，可充分利用已有的油气藏勘探开发资料、井场和油井设备，以节省投资和工程时间。因此，利用枯竭的油气藏封存CO2可一举两得。
图4-2 CO2温度-压力相态图
图4-3 CO2在原油中的溶解度(1)scm为标准立方米
毋庸置疑，“枯竭的油气藏” 是一个相对的概念。在一定开采技术经济条件下，油气藏可能已“枯竭”，不能采出的余留部分，随着技术进步，以及经济和政治因素的变化，如新的提高采收率技术出现、石油价格的上涨和战争等因素，可能使得“枯竭的油气藏” 重新具有开采价值。
CO2在枯竭油气藏中的地质封存能够增加枯竭油气藏的能量，有利于“枯竭的油气藏” 重新获得开发。同时，CO2在“枯竭的油气藏” 封存的过程中，必须明确枯竭油气藏的地质模型和CO2在储层中的运移规律，从而为“枯竭的油气藏” 的重新开发奠定基础。
目标区级控制潜力（C级）评价~
目标区级控制潜力（C级）评价以沉积盆地内CO2地质储存目标靶区为评价对象，计算各目标靶区C级控制潜力。
（一）评价单元概化与计算原则
1)CO2地质储存目标靶区的筛选与前期评价，以及进一步的调查勘查、样品测试与目标靶区表征是C级控制潜力评价的基础。
2）在深入研究目标靶区地层结构、岩性岩相、储存介质类型、水文地质条件等因素的基础上，进一步详细研究各参数的空间变化规律。
3）对储层进行表征与描述时，应充分利用目标靶区及其附近的钻探资料，对评价单元内的地层结构、岩性岩相、储盖层组合及其空间展布规律进行详细描述，详细地划分出储盖层组合。
4）储层参数概化时，着重获取并研究储层的孔隙度、渗透率、储层类型、储层中的水饱和度和水化学类型等参数，合理进行参数分区，针对各参数分区进行计算，提高计算精度与准确度。
5）由于不同的储层类型，如油田、气田、煤层和深部咸水层，各自的CO2地质储存机理不同，潜力评价方法不一，因此在一个评价单元内，每个类型的储存量都应分别进行评价。
（二）计算方法
进行C级控制潜力计算时，应首先计算目标靶区的理论储存量，在理论储存量的基础上计算有效储存量，即可得到目标靶区C级控制潜力。
1.深部咸水层
深部咸水层中CO2地质储量由构造地层储存、束缚气储存和溶解储存三部分构成。
（1）构造地层储存机理
深部咸水层构造地层圈闭与枯竭油气藏储存CO)2相类似，不同的是构造地层圈闭里是水而不是烃类物质。计算公式见式（2-28）。
二氧化碳地质储存技术方法概论
式中： 为CO2在深部咸水层中构造地层圈闭的C级控制潜力理论值，106t;A为圈闭面积，km2;Vtarp为构造或地层圈闭的体积，10 6m3;h为圈闭的深部非饱和咸水层的平均厚度，m；Φ为深部咸水层岩石的平均孔隙度，％;Swirr为残余水饱和度，％ 为地层条件下CO2的密度，kg/m3。
（2）束缚气体储存机理
计算公式与式（2-12）相同。计算C级控制潜力时，孔隙度Φ和相对渗透率（与饱和度有关）可通过岩心实验室分析测试获得。因CO2饱和度 和原先被CO2饱和然后又被水浸的岩石体积△Vtarp能够通过数值模拟方法确定（Kumar et al.,2005;Juanes,2006）。束缚气体储存的CO2储存量计算可以在目标区和储存场地级别评价上完成，而不宜在盆地和区域级别上进行评价。由此获得的C级控制潜力可能是有效或可执行的储存量，这完全决于潜力计算的目的和精度。
（3）溶解储存机理
CO2溶解度随着压力的增加而增加，随着温度和地层水的矿化度增加而降低。在扩散、对流和弥散过程中，CO2溶解到地层水中。溶解储存是一个连续的，与时间有关的过程，因此，通过溶解储存的CO2地质储量必须针对具体地点计算出来。以哪种速率发生溶解储存主要取决于游离相CO2进入到与之接触但还未被CO2所饱和的地层水量。一旦CO2的移动已经停止（停止有效弥散）与之相接触的水将被CO2饱和，同时扩散则变成主要的混合过程。计算公式见式（2-29）。
二氧化碳地质储存技术方法概论
式中： 为CO2在深部咸水层中溶解储存的C级控制潜力理论值，106t;A 为圈闭面积，km2;H 为圈闭的深部非饱和咸水层的平均厚度，m；Φ为深部咸水层岩石的平均孔隙度，％；ρs为地层水被CO2饱和时平均密度，kg/m 3；ρi为初始的地层水的平均密度，kg/m3； 为地层水被CO2饱和时CO2占地层水中的平均质量分数，％； 为原始CO2占地层水中的平均质量分数，％； 为液流逆流后被圈闭的CO2的饱和度，％。
溶解储存与咸水层中的化学特征和压力温度有很大的关系，因此对溶解的CO2地质储存潜力计算的地点要求十分明确的。对于C级控制潜力评价而言，在获得足够可靠的数据情况下，可应用该方法提高溶解机理储存量计算的精度。
（4）深部咸水层中理论储存量汇总
深部咸水层中理论储存量汇总计算公式见式（2-30）。
二氧化碳地质储存技术方法概论
式中： 为CO2在深部咸水层中的C级控制潜力理论值，10 6t； 为CO2在深部咸水层中构造地层圈闭的C级控制潜力理论值，106t； 为CO2在深部咸水层中束缚气储存的C级控制潜力理论值， 106t； 为 CO2在深部咸水层中溶解储存的C级控制潜力理论值，106t。
（5）有效储存量计算
CO2在深部咸水层的储存过程中，将受到储层的非均质、CO2的浮力、CO2的波及效率以及CO2在整个深咸水层空间对流扩散和溶解等因素影响，深部咸水层有效储存量计算公式见式（2-31）。
二氧化碳地质储存技术方法概论
式中： 为CO2在深部咸水层中的C级控制潜力有效储存量，106t 为CO2在深部咸水层中的C级控制潜力理论储存量，106t; Ce为有效储存系数，量纲为1。有效储存系数没有给出具体的值，该值要根据具体情况和已有工程的经验来确定。
2.油田
计算时按已枯竭油藏的储存量计算方法来计算。首先计算油田目标区级C级控制潜力的理论储存量，在理论储存量的基础上再计算油田的有效储存量，即为目标区级C级控制潜力。
（1）已枯竭油藏理论储存量计算
基本的假设条件为CO2注入枯竭油藏中直到储层压力恢复到原始储层压力，即油气开采后所让出的空间都用于CO2地质储存。计算公式见式（2-2）、式（2-3）和式（2-18）。
（2）基于物质平衡法的油藏有效储存量
在理论储存量计算的基础上，碳封存领导人论坛考虑浮力、重力超覆、流度比、非均质性、含水饱和度以及水体强度等影响因素，计算公式见式（2-32）。
二氧化碳地质储存技术方法概论
式中： 为CO2在油藏中有效储存量，106t； 为CO2在油藏中理论储存量，106t;Ce为综合因素对应的有效储存系数，量纲为1;Cm为流度差异因素对应的有效储存系数，量纲为1;Cb为浮力作用因素对应的有效储存系数，量纲为1;Cb为油藏非均质性因素对应的有效储存系数，量纲为1;Cw为含水饱和度因素对应的有效储存系数，量纲为1;Cn为地下水体因素对应的有效储存系数，量纲为1；上述有效储存系数往往需要数值模拟方法来获得。
3.气田
在气田理论储存量的基础上计算其有效储存量，即为C级控制潜力。
（1）理论储存量计算
气田C级控制潜力计算方法与E、D级相同，计算公式见（2-4）。
（2）有效储存量计算
计算公式见式（2-33）。
二氧化碳地质储存技术方法概论
式中： 为CO2在气藏中有效储存量，106t； 为CO2在气藏中理论储存量，106t;Ce为综合因素对应的有效储存系数，量纲为1;Cm为流度差异因素对应的有效储存系数，量纲为1;Cb为浮力作用因素对应的有效储存系数，量纲为1;Ch为气藏非均质性因素对应的有效储存系数，量纲为1;Cw为含水饱和度因素对应的有效储存系数，量纲为1;Ca为地下水体因素对应的有效储存系数，量纲为1；上述有效储存系数往往需要数值模拟方法来获得。
4.煤层
首先要计算煤层的理论储存量，在理论储存量的基础上再计算煤层的有效储存量，即为C级控制潜力。
（1）理论储存量计算
在气体已被煤层吸附的情况下，煤层中的理论储存量计算公式与D级相同，见式（2-5）。对于C级控制潜力评价而言，尽可能多地搜集煤层的详细地质资料，便可精确地计算出CO2理论地质储量。计算公式见式（2-34）。
二氧化碳地质储存技术方法概论
式中 为CO2在煤层中理论储存量，10 6t;A为煤层盆地的表面积，km2;H为煤层的有效厚度，m;nc为煤的密度，t/m3，通常取1.4t/m3；ƒn为煤中的灰分占煤的质量分数，％；ƒm为煤中的湿分占煤的质量分数，％;G。为煤层气体含量（吸附量），m3（气）／（t 煤）。
煤层气体含量Gc满足Langmuir等温吸附公式［式（2-35)］：
二氧化碳地质储存技术方法概论
式中：VL为Langmuir体积，即给定温度下煤层的最大气体吸附量，m3/t;pL为Langmuir压力，即最大气体吸附量时煤层中的压力，MPa;p为当前煤层中的压力，MPa。随着当前煤层中压力的增加，吸附气体量也随之增加并逐渐接近Langmuir体积。
（2）有效储存量计算
计算公式见式（2-36）。
二氧化碳地质储存技术方法概论
式中 为CO2在煤层中有效储存量，106t； 为CO2在煤层中理论储存量，106t;C为完井系数，量纲为1;Rf为煤层中煤层气的采收率，％。完井系数和煤层气采收率的乘积代表了储层的产气能力。
完井系数代表已钻煤区内的部分净累积煤厚度，该煤区可用作气体的生产和储存。完井系数强烈地依赖于各煤层的厚度以及相互之间的距离，并且薄煤层完井系数值比厚煤层小。
煤层气采收率表示能从煤层中生产出来的那部分气体占煤层气总量的比例。在常规煤层甲烷生产中，此参数强烈依赖于大量抽水导致的压力降，其值范围为20％～60％。
由于煤对CO2的吸附力要比甲烷高，且在CO2提高煤层气采收率中CO2的储存系数将会更高，因此可以安全地采用甲烷气体的采收系数。不过由于受到其他气体的影响，煤对CO2的吸附能力通常会降低。
场地级基础储存量（B级）计算以CO2地质储存工程场地为评价单元，通常需要对CO2注入储层中的状况进行数值模拟，进而获得准确的工程场地的储存年限。在计算过程中要求拥有丰富而精确的数据。基础储存量计算的基本流程见图2-2。
图2-2 基础储存量评价基本流程表
（一）储存场地地质建模
1.地层特征描述
利用获得的场地地质背景资料和钻孔资料，对计算单元的地层岩性、产状变化、地质结构与分布特征进行精细描述。
2.储盖层概化
根据场地地质构造、地层岩性、储盖层组合与空间展布、水文地质条件、资源状况等要素对评价单元内的储、盖层进行精细概化，建立高精度的三维地质模型。
3.储层参数概化
储层参数概化要求参数齐全，并对储、盖层作出精确描述。对储层孔隙度、渗透率、储层类型、储层中的水饱和度、水化学类型等进行细致的参数分区，并且将各个参数分区作叠加处理，针对每个参数分区展开计算。
（二）计算方法
与C级控制潜力评价相比，场地级基础储存量（B级）计算范围仅局限于场地级，要求参数齐全、精细，计算方法精确。计算时，首先要计算出场地的理论储存量，再计算有效储存量，即为B级基础储存量，以静态储存量计算为主。
1.深部咸水层
首先分别计算构造地层储存、束缚气体储存和溶解储存三部分储存量，然后计算场地级基础储存量（B级）基础储存量。
（1）构造地层储存机理
在深部咸水层构造地层圈闭中储存CO2和枯竭油气藏中储存CO2相类似，不同的是圈闭里充满的是水而不是烃类物质。计算公式见式（2-37）。
二氧化碳地质储存技术方法概论
式中： 为CO2在深部咸水层中构造地层圈闭的理论储存量，106t；Φ为深部咸水层岩石某一点的平均孔隙度，％;Swirr为深层咸水层岩石的某一点残余水饱和度，％； 为地层条件下CO2的密度，kg/m3;x,y,z为空间变量，m。 为地层压力和温度的函数，CO2注入过程中地层压力在原始地层压力p1和盖层阈压pmnx之间变化，因此
（2）束缚气体机理
求取B级基础储存量时，孔隙度Φ和相对渗透率（与饱和度有关）可通过岩心分析测试获得。因CO2饱和度 和原先被CO2饱和然后又被水浸的岩石体积△Vtrap能够通过数值模拟方法确定（Kumar et al.，2005;Juanes,2006）。在获取参数精度满足要求时，若采用数值模拟方法确定△Vt rap进而计算的结果，可作为束缚气体机理的有效储存量。计算公式见式（2-15）。
（3）溶解机理
原始地层水饱和时的CO2含量取决于含水层的压力、温度和矿化度等因素。如果在场地内可获得含水层的压力、温度及矿化度分布资料时，则可用式（2-38）计算。
二氧化碳地质储存技术方法概论
式中： 为CO2在深部咸水层中溶解储存的C级控制潜力理论储存量，106t；Φ为深部咸水层岩石的孔隙度，％；ρs为地层水被CO2饱和时密度，kg/m3；ρi为初始的地层水的密度，kg/m3 为地层水被CO2饱和时CO2占地层水中的质量分数，％； 为原始CO2占地层水中的质量分数，％;x,y,z为空间变量，m。
（4）总的深部咸水层中的CO2理论储存量
总的深部咸水层中的CO2理论储存量计算公式见式（2-39）。
二氧化碳地质储存技术方法概论
式中： 为CO2在深部咸水层中的理论储存量，106t； 为CO2在深部咸水层中构造地层圈闭的储存量，106t； 为CO2在深部咸水层中束缚气储存的储存量，106t； 为CO2在深部咸水层中溶解储存的储存量，106t。
（5）有效储存量
针对场地实际状况，考虑CO2在深部咸水层储存过程中受到储层的非均质、CO2的浮力、CO2的波及效率以及CO2在整个深咸水层空间散开和溶解等因素影响，深部咸水层有效储存量计算公式见式（2-40）。
二氧化碳地质储存技术方法概论
式中： 为CO2在深部咸水层中的有效储存量，106t； 为CO2在深部咸水层中的理论储存量，106t;Ce为有效储存系数，量纲为1，该值要根据具体的实际情况来确定。同时可以通过数值模拟或实际工程经验来确定。
2.油田
计算场地级基础储存量时，应视不同油田的开采现状分别对待，不能完全按照已枯竭油藏的储存量计算方法计算。适宜CO2驱油的油田，要考虑采用该技术情况下的CO2地质储量。
（1）已枯竭油藏的理论储存量计算
该方法用于场地内已衰竭的油藏CO2地质储量计算。基本假设条件时CO2注入枯竭油藏中直到储层压力恢复到原始储层压力，即油气采出所让出的空间都用于CO2地质储存。计算公式可参见式（2-2）、式（2-3）和式（2-18）。
（2）注CO2提高石油采收率（CO2-EOR）油藏的理论储存量计算
如果场地内的油藏尚未达到衰竭状态，仍处于开采中，且有条件采用CO2驱油技术，可利用CO2提高石油采收率（CO2-EOR）油藏的储存量计算方法来计算理论储存量。
1）不考虑注入水、采出水和溶解机理问题，且利用CO2提高石油采收率时，CO2在油藏中的理论储存量可用式（2-41）和式（2-42）两个公式计算。
①在CO2突破之前：
二氧化碳地质储存技术方法概论
②在CO2突破之后：
二氧化碳地质储存技术方法概论
2）考虑注入水、采出水，但不考虑溶解机理问题时，用式（2-43）和式（2-44）两个公式计算。
①在CO2突破之前：
二氧化碳地质储存技术方法概论
②在CO2突破之后：
二氧化碳地质储存技术方法概论
3）考虑注入水、采出水和溶解机理问题时，用式（2-45）和式（2-46）两个公式计算。
①在CO2突破之前：
二氧化碳地质储存技术方法概论
②在CO2突破之后：
二氧化碳地质储存技术方法概论
式中： 为CO2在油藏中理论储存量，105t 为 CO2在油藏条件下的密度，kg/m 3;N为原油的储存量，109m3;B0为原油的体积系数，m3/m3;ERBT为CO2突破之前原油的采收率，％;ERHCPV为注入某一烃类孔隙体积（HCPV)CO2时原油的采收率，％;Viw为注入水油藏的水量，109m3;Vpw为从油藏产出的水量，109m3;Cws为CO2在水中溶解系数，量纲为1;Cas为CO2在原油中的溶解系数，量纲为1。
（3）基于物质平衡法的油藏有效储存量计算
计算公式与C级控制潜力评价相似，见式（2-32）。
（4）基于类比法的油田有效储存量计算
利用CO2提高石油采收率项目中获取实际数据的计算方法，通过引入CO2利用系数来计算有效储存量。计算公式见式（2-47）。
二氧化碳地质储存技术方法概论
式中： 为CO2在油藏中有效储存量，106t;N。为由于CO2注入获得提高的原油量，109m 3;N为原油的储存量，109m3;RCO2为CO2利用系数，净CO2注入量与原油采出量的比值，t/bb11bb1=159L。。
不同地区的CO2利用系数是不同的（Ecofys,2004），如表2-2所示，变化范围相对较大，为0.1～0.8t/bbl。Ecofys(2004）提出用最高、中等和最低3个等级表示CO2利用系数，其对应数值分别为0.8、0.45和0.15t/bbl。Np值计算见式（2-48）。
二氧化碳地质储存技术方法概论
式中：EEXTRA为由于CO2注入而获得的额外采收率，％;Nc为与CC2相接触的原始原油地质储量，109m3。
表2-2 各油田项目CO2利用系数统计表
Stevens et al.（1999）根据7个利用驱油项目资料确定出原油重度与由于CO2注入而提高采收率之间的经验关系（图2-3）。Ecofys(2004）根据图2-3将由于CO2注入获得额外的采收率值分成三个等级，即最高、中等和最低3个等级，其数值分别为5,12和20。
图2-3 原油重度与CO2提高采收率关系图
N。表示在注入CO2过程中不可能所有的CO2会和原油接触，因此引人接触系数，则N。可以表示为式（2-49）。
二氧化碳地质储存技术方法概论
式中：N为原始原油地质储量，109m3;C为接触系数，量纲为1。
通常认为在CO2驱油过程中，CO2与原油的接触系数为0.75。国外通常只知道可采储存量，而不知道地质储量，可用式（2-50）计算原始原油地质储量。
二氧化碳地质储存技术方法概论
式中：NR为最终可采储存量，109m3;C为接触系数，量纲为1;API为原油重度，API=141.5/γ。－131.5/γ。为原油相对密度。
适用范围：主要应用于注入CO2提高石油采收率油藏中CO2的基础储存量的计算。从实际油田大量的实践中获得相关系数。
3.气田
计算公式与C级控制潜力相似，见式（2-4）。计算精度要明显提高。
4.煤层
计算公式与C级控制潜力相似，见式（2-34）。计算精度要明显提高。
（三）数值模拟方法应用
在场地级基础储存量计算中，需要对注入储层内的CO2运移状况进行数值模拟。通过数值模拟可以预测未来某一段时间内CO2在储层内的分布状况，进而对CO2地质储量的计算结果予以验证。前文提及的计算方法都是基于CO2最后可溶于储层的总量，但是CO2在储层中的储存过程具有一定的时间尺度，且不同的时段可注入量是不同，需要借助于数值模拟技术来解决这一问题，详见第九章数值模拟技术方法。
安全原则
答：油气藏CO2地质封存是否长期安全可靠，是选址时必须重点考虑的首要因素。要保证CO2在油气藏中的安全封存，必须保证目标油气藏地质构造稳定、地质圈闭结构连续完整、远离地震带和活火山发育区。同时，油气藏储盖层组合良好并连续，...
二氧化碳存储怎么做?
答：注入CO2以提高原油采收率，是实现温室气体资源化利用与地下封存的有效途径之一。国内外已有的研究和应用成果表明，油气藏是封闭条件良好的地下储气库，可以实现CO2的长期埋存。实行CO2高效利用与地质埋存相结合的技术思路是缓解...
选址技术工作流程
答：油气藏、煤层和深部咸水层CO2地质封存选址流程分具特点,但以深部咸水层CO2地质封存选址流程较为复杂,具代表性,故本节以此为例进行阐述。 基于我国多年来地质矿产、地下水资源和油气资源勘查实践,CO2地质封存地质选址工作也是一个分阶段、...
二氧化碳地质封存浓度是多少
答：419ppm(浓度单位)。二氧化碳地质封存就是把二氧化碳存放在特定的一种自然或人工“容器”中，利用物理、化学、生化等方法，将二氧化碳封存百年甚至更长的时间。该操作的二氧化碳临界值为419ppm(浓度单位)，所以封存浓度是该浓度。...
国外选址方法研究现状
答：在CO2封存选址评价因子研究方面,通常认为最重要的因子包括4个方面:封存容量、可灌注性、长期运行的安全风险和经济性。 CO2地质封存目标储层主要定向于3种类型目标储层,即已经枯竭和正在枯竭的油气藏、深部咸水层和因技术或经济原因而弃采...
经济原则
答：以此为前提，在油气藏CO2地质封存选址过程中，评估CO2地质封存潜力和适宜性时，须同时评估CO2提高石油采收率的潜力。目标油气藏应满足CO2封存潜力大、适应性好，单位CO2地质封存成本低，封存工程实施时间长的要求。此外，目标油气...
二氧化碳封存方式的利弊
答：3、弊端：技术成熟度和成本。二氧化碳封存技术仍处于发展阶段，尚需进一步研究和改进。CCS的实施成本较高，包括捕获、运输和储存等环节。4、弊端：地质储存风险。将大量二氧化碳封存在地下储存库中存在一定的地质风险，如地质层的...
推广二氧化碳封存技术?
答：推广二氧化碳封存技术具体内容是什么，下面中达咨询为大家解答。我国政府提出到2020年，单位GDP二氧化碳排放比2005年下降40%—45%。如何减少二氧化碳的排放？“实施二氧化碳地质封存是一个重要途径，对发展具有重要作用和巨大潜力。”...
CO2地质储存机制
答：碳封存领导人论坛(CSLF,2005)对CO2地质储存机制进行了详细描述。指出CO2地质储存机制可以分为两大类:物理储存机制和化学储存机制。其中,物理储存机制包括构造地层储存、束缚储存和水动力储存;化学储存机制包括溶解储存和矿化储存等。 1.物理...
碳捕集与封存的二氧化碳封存
答：二氧化碳封存的方法有许多种，一般说来可分为地质封存（Geological Storage）和海洋封存（Ocean Storage）两类。 地质封存一般是将超临界状态（气态及液态的混合体）的CO2注入地质结构中，这些地质结构可以是油田、气田、咸水层、...
