提高CO₂封存强度的多层协同抽注技术

作者：李小春; 梅开元; 蔡雨娜; 张力为

来源：工程科学与技术, 2022, 54(01): 167-176.

DOI：10.15961/j.jsuese.202100601

• 碳中和
• CCUS
• 封存强度
• 协同抽注技术

中国已提出2030年碳达峰、2060年碳中和的碳减排目标,提高CO2捕集、地质利用与封存（CCUS）技术发展水平与商业化规模,是实现中国碳减排目标的关键所在。"十四五"规划已明确提出要开展碳捕集利用与封存（CCUS）重大项目示范。然而,由于中国大多数CO2储层的低渗透、非均质等特征,导致单一储层的CO2封存能力有限,无法满足CCUS重大项目示范所需的CO2地质封存量。本文提出将CO2封存强度（单位土地面积的CO2封存量）作为评价CCUS项目储层封存能力的关键指标,并计算了中国主要CO2咸水层封存和CO2强化驱油场地的CO2封存强度,结果表明,现有CO2咸水层封存和CO2强化驱油项目的封存强度大多在10～5 t/km2以下,无法满足中国双碳目标的需要。为显著提高CO2封存强度,提出CO2多层协同抽注技术的概念,通过注入井在多个储层射孔注入CO2,并利用采水井从多个储层中采出咸水,实现储层可用孔隙和储层压力的最优化调控,最终实现CO2封存强度的大幅度提高。为验证CO2多层协同抽注技术的效果,利用T2Well模拟软件,构建3种CO2多层统注及协同抽注的数值模型,模拟了CO2定压注入过程,分析了注入60 d后的储层压力分布、储层内CO2饱和度分布及CO2累计注入量。结果表明:在多层协同抽注条件下,储层压力聚集现象有明显缓解,从而降低了封存区域因压力聚集导致的力学不稳定性。通过分析CO2饱和度可知,注入CO2后,在抽注井间压力差的驱使下,羽流将向采出井偏移;此外,受岩石性质的影响,羽流形状和范围略有差异。根据3种条件下的模拟结果计算CO2封存强度可知,各向异性砂岩条件下多层协同抽注的封存强度最高达到1.115×10～6 t/km2,远大于现在已实施项目的封存强度。因此,多层协同抽注技术将较大地提高CO2封存强度,有利于节约中国国土资源,促进CO2封存技术的推广。

• 单位
  中国科学院大学; 中国科学院武汉岩土力学研究所; 岩土力学与工程国家重点实验室