1.一种咸水层二氧化碳封存的注气方案优选方法,其特征在于,步骤如下:S1、计算储层岩石的极限压力增量∆P M ;S2、安装注气方案优选实验装置,该实验装置的储层模拟箱体中布置有若干口井,在每口井周围从上到下均匀布置有多个压力传感器和多个CO 2 浓度传感器,用来监测装置内的压力增量和CO 2 浓度变化;S3、实验装置安装完成后进行注气实验:在每个注气方案中,选定不同的井数,且以不同的注入速率 进行注气操作;通过压力传感器和CO 2 浓度传感器实时监测不同时刻T i 下,储层模拟箱体内各部位的压力增量和CO 2 浓度变化,并记录数据;S4、根据记录的数据得到不同时刻T i 下的压力传播距离R i 和CO 2 羽流半径r i ;分别作出压力传播距离R i 与注气时间T i 的关系回归曲线,CO 2 羽流半径r i 与注气时间T i 的关系回归曲线;由回归曲线得到不同注气速率下,储层压力传播半径随时间变化函数 、储层上端CO 2 羽流半径随时间变化函数 、以及储层下端CO 2 羽流半径随时间变化函数 ;S5、计算最大CO 2 封存量 ,方法如下:当只有一口注入井时,该井的CO 2 注入速率与注气井井底压力增量∆P的关系式如下:式中: 为注气井井底压力增量,MPa; 为指定的注气速率;m 3 /d;B为储层厚度,m;b为CO 2 分布厚度,m; 为注气井半径,m; 为储层上端CO 2 羽流半径随时间变化函数,m; 为储层下端CO 2 羽流半径随时间变化函数,m; 为储层压力传播半径随时间变化函数,m;t为注气时间,d; 为垂直平均流度; 为地层水流度; 为CO 2 流度;将步骤S1计算得到的极限压力增量∆P M 带入上面的公式替换 ,计算得到达到极限压力增量时的最大注气时间T M ,进而计算出该情况下的最大CO 2 封存量 :当多口注气井同时工作时,某一口注气井井底压力增量为:式中: 为多井作用下某一口注气井井底压力增量,MPa; 为某一口注气井距其他注气井的距离,m;将步骤S1计算得到的极限压力增量∆P M 带入上面的公式替换 ,计算得到达到极限压力增量时的最大注气时间T M ,进而计算出该情况下的最大CO 2 封存量 :S6、CO 2 封存潜力的确定及方案优化:按照上述步骤分别计算出储层内存在不同数量注气井的情况下,不同注气速率 下的最大CO 2 封存量 ;通过比较各个方案中 值的大小,选出最大的 值,该最大 值对应的井数n和注入速率 ,即为在保证储层稳定的前提下最优的注气方案。
2.如权利要求1所述的咸水层二氧化碳封存的注气方案优选方法,其特征在于,步骤S1中,储层岩石的极限压力增量∆P M 为极限拉伸压力增量 和极限剪切压力增量 两者之中的较小值;极限拉伸压力增量 计算公式如下:式中: 为拉伸破坏的极限压力增量,MPa; 为最小主应力,MPa; 为初始压力,MPa; 为抗拉强度;极限剪切压力增量 计算公式如下:式中: 为极限剪切应力,MPa; 为最大主应力,MPa; 为岩石内摩擦角;C为岩石内聚力。
3.如权利要求1所述的咸水层二氧化碳封存的注气方案优选方法,其特征在于,步骤S2中,实验装置的结构包括CO 2 储气罐、地层水储水罐、储层模拟箱体、数据采集系统和废液收集箱;所述CO 2 储气罐和地层水储水罐均与储层模拟箱体连接,用于向储层模拟箱体中注入CO 2 和地层水;储层模拟箱体底部设置出液口,出液口连接废液收集箱;所述储层模拟箱体内均匀设置若干口井,在每口井周围从上到下均匀布置有多个压力传感器和多个CO 2 浓度传感器;储层模拟箱体内填充的储层岩样的组成与实际目标储层岩石组分相同;储层模拟箱体顶部设置地层水注入口和CO 2 注入口;所述数据采集系统同时与压力传感器和CO 2 浓度传感器连接。
4.如权利要求3所述的咸水层二氧化碳封存的注气方案优选方法,其特征在于,所述实验装置中,CO 2 储气罐与储层模拟箱体之间连通的管路上设置有阀门、高压泵和压力表,形成气体注入系统;地层水储水罐与储层模拟箱体之间连通的管路上设置有阀门、高压泵和压力表,形成地层水注入系统。
5.如权利要求4所述的咸水层二氧化碳封存的注气方案优选方法,其特征在于,步骤S3中,进行注气实验的步骤如下:S31、模拟地层原始状态:将地层水注入储层模拟箱体中,当储层模拟箱体内压力达到并稳定在地层原始压力P 0 时,停止注水;S32、在储层模拟箱体中部选择1口井作为注气井,在压力增量∆P不超过极限压力增量∆P M 的前提下,以指定的注气速率Q 1 将CO 2 注入储层模拟箱体内,通过压力传感器和CO 2 浓度传感器实时监测不同时刻T i 下,储层模拟箱体内各部位的压力增量和CO 2 浓度变化,并记录数据;结束实验后,将储层模拟箱体内的混合流体排出至废液处理罐;S33、分别改变注气速率为Q 2 、Q 3 、Q 4 …Q n ,重复步骤S32;S34、改变注气方案,选定不同的井数作为注气井,按照步骤S32和S33的操作进行实验。
6.如权利要求5所述的咸水层二氧化碳封存的注气方案优选方法,其特征在于,步骤S4中,以压力传播距离R i 为纵坐标,注气时间T i 为横坐标,作出压力传播距离R i 与注气时间T i 的关系回归曲线;以CO 2 羽流半径r i 为纵坐标,注气时间T i 为横坐标,作出CO 2 羽流半径r i 与注气时间T i 的关系回归曲线。
7.一种如权利要求1所述的咸水层二氧化碳封存的注气方案优选方法中使用的实验装置,其特征在于,包括CO 2 储气罐、地层水储水罐、储层模拟箱体、数据采集系统和废液收集箱;所述CO 2 储气罐和地层水储水罐均与储层模拟箱体连接,用于向储层模拟箱体中注入CO 2 和地层水;储层模拟箱体底部设置出液口,出液口连接废液收集箱;所述储层模拟箱体内均匀设置若干口井,在每口井周围从上到下均匀布置有多个压力传感器和多个CO 2 浓度传感器;储层模拟箱体内的储层岩样的组成与实际目标储层岩石组分相同;储层模拟箱体顶部设置地层水注入口和CO 2 注入口;所述数据采集系统同时与压力传感器和CO 2 浓度传感器连接;所述CO 2 储气罐与CO 2 注入口之间连通的管路上设置有阀门、高压泵和压力表,形成气体注入系统;所述地层水储水罐与地层水注入口之间连通的管路上设置有阀门、高压泵和压力表,形成地层水注入系统。