新疆準(zhǔn)東油田各區(qū)塊CO2地質(zhì)封存潛力評(píng)估?

何佳林，師慶三，董海海，侯 銳

(1.新疆大學(xué)地質(zhì)與礦業(yè)工程學(xué)院，新疆烏魯木齊830047；2.阿勒泰地區(qū)行署，新疆阿勒泰836500；3.新疆油田公司勘探開發(fā)研究院，新疆克拉瑪依834000；4.新疆正天華能環(huán)境工程技術(shù)有限公司，新疆烏魯木齊830047)

中國(guó)北方遍布著大量CO2工業(yè)排放源，僅新疆地區(qū)平均每年約有622.79×106t的CO2排放到大氣中去，在低碳減排方面有著巨大的壓力．而CO2地質(zhì)利用與地質(zhì)封存技術(shù)，提出了增加二氧化碳利用環(huán)節(jié)，大大降低了技術(shù)實(shí)施的成本消耗，也使得技術(shù)的實(shí)施推廣更為可行．國(guó)內(nèi)許多學(xué)者先后開展了東北地區(qū)、華中地區(qū)、陜北地區(qū)的CO2地質(zhì)利用與封存技術(shù)的理論潛力評(píng)估，為適合中國(guó)地質(zhì)背景的CO2理論封存潛力評(píng)估方法奠定了基礎(chǔ)[1]．

目前，關(guān)于CO2地質(zhì)封存的研究成果和研究范圍成果主要集中在我國(guó)東部和中部，且大多集中在以盆地為單位進(jìn)行評(píng)估，新疆準(zhǔn)東油田基地作為新疆主要油氣能源基地之一，有很大的潛力．本文針對(duì)區(qū)塊這一小范圍來開展CO2封存潛力評(píng)估，通過對(duì)準(zhǔn)東地區(qū)各個(gè)油田的各項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)比和理論CO2封存量的計(jì)算，最終評(píng)比出準(zhǔn)東油田中的最佳封存區(qū)塊．對(duì)該地區(qū)利用CO2地質(zhì)利用與封存技術(shù)實(shí)現(xiàn)低碳減排具有重要的探索意義[2]．

1 準(zhǔn)噶爾盆地東部區(qū)域地質(zhì)背景

準(zhǔn)噶爾盆地是中國(guó)第二大盆地，面積約38×104km2．準(zhǔn)噶爾盆地具有雙基底結(jié)構(gòu)：下部為前寒武紀(jì)結(jié)晶基底，上部為晚海西期（泥盆-早中石炭世）的褶皺基底[3]，主要沉積層為二疊系、三疊系、侏羅系、白堊系、第三系、第四系地層[4]，沉積巖總厚度達(dá)15 000 m，其中侏羅系地層分布最廣泛．準(zhǔn)噶爾盆地現(xiàn)今被劃分為六個(gè)一級(jí)構(gòu)造單元，包括：烏倫古坳陷、陸梁隆起、中央坳陷、山前斷褶帶、東部隆起、西部隆起[5]．分為14個(gè)凸起、15個(gè)凹陷、3個(gè)斷階、斷褶帶，共32個(gè)二級(jí)構(gòu)造單元．

2 準(zhǔn)東地區(qū)地質(zhì)封存與CO2-EOR潛力評(píng)價(jià)

2.1 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系建立

通過前期的工作，對(duì)準(zhǔn)東地區(qū)主力油田進(jìn)行了相關(guān)數(shù)據(jù)的收集，對(duì)其油藏儲(chǔ)量、油藏深度、原油密度、蓋層情況、儲(chǔ)層特征、斷裂情況、氣源信息及周邊環(huán)境各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了分級(jí)，并制定了相應(yīng)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，見表1．

表1 準(zhǔn)東油田各區(qū)塊CO2-EOR地質(zhì)封存適宜性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2.2 評(píng)價(jià)計(jì)算公式

根據(jù)中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心的《中國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力評(píng)價(jià)與示范工程》對(duì)準(zhǔn)東地區(qū)的油藏指標(biāo)（油藏儲(chǔ)量、油藏深度、原油密度、蓋層情況、儲(chǔ)層特征及斷裂情況）、氣源指標(biāo)（氣源距離、氣源規(guī)模）、交通狀況等指標(biāo)進(jìn)行賦值9、7、5、3、1[6]，對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)集為{適宜，較適宜，一般適宜，較不適宜和不適宜}，得出每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)分值．根據(jù)注入CO2安全性為主要標(biāo)尺，對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分析性確定權(quán)重值．最后再應(yīng)用加權(quán)平均法計(jì)算出CO2地質(zhì)儲(chǔ)存適宜性以及CO2-EOR適宜性綜合評(píng)分值[7]．

加權(quán)平均計(jì)算法

式中P為評(píng)價(jià)單元的綜合評(píng)分值；n為評(píng)價(jià)因子的總數(shù)；Pi為第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的給定指數(shù)；Ai為第i個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重．

3 準(zhǔn)東地區(qū)地質(zhì)封存與CO2-EOR潛力評(píng)估結(jié)果

3.1 準(zhǔn)東地區(qū)CO2-EOR技術(shù)適宜性評(píng)價(jià)

經(jīng)過前面論述，將各種影響CO2-EOR技術(shù)因素綜合得到準(zhǔn)東地區(qū)CO2-EOR技術(shù)適宜性評(píng)價(jià)參數(shù)表；根據(jù)《全國(guó)二氧化碳地質(zhì)儲(chǔ)存潛力與適宜性評(píng)價(jià)》結(jié)合評(píng)價(jià)參數(shù)及權(quán)重值用評(píng)價(jià)公式對(duì)準(zhǔn)東主力油田進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià)計(jì)算[8]，詳見表2．

表2 準(zhǔn)東地區(qū)CO2-EOR技術(shù)地質(zhì)封存驅(qū)油適宜性評(píng)價(jià)表

通過式(1)計(jì)算結(jié)果表明，準(zhǔn)東主力油田從CO2-EOR油藏指標(biāo)、氣源及環(huán)境指標(biāo)方面綜合評(píng)價(jià)值分別為：A油田4.875、B油田5.458、C油田5.725、D油田4.458、E油田6.3．說明準(zhǔn)東的主力油田中，A油田因?yàn)槠溆筒亓芽p復(fù)雜發(fā)育，CO2封存有泄露風(fēng)險(xiǎn)不適合封存；D油田因其油藏?cái)嗔亚闆r不宜實(shí)施CO2-EOR技術(shù)．B油田、C油田以及E油田相對(duì)適宜，且E油田評(píng)估分?jǐn)?shù)最高，實(shí)施效果最好．

3.2 準(zhǔn)東地區(qū)CO2-EOR技術(shù)封存理論儲(chǔ)量結(jié)果

3.2.1 理論封存儲(chǔ)量計(jì)算方法

CO2地質(zhì)封存的封存總量是評(píng)價(jià)油藏封存潛力的主要指標(biāo)．CO2在油藏中主要是通過構(gòu)造地層儲(chǔ)存．對(duì)于構(gòu)造圈閉的儲(chǔ)存結(jié)構(gòu)，儲(chǔ)量計(jì)算主要是根據(jù)儲(chǔ)層的孔隙度、滲透率、空間延展和CO2的密度，極端孔隙中可容納的超臨界CO2．以此來評(píng)價(jià)二氧化碳在這兩種空間中的地質(zhì)儲(chǔ)存潛力．

目前，二氧化碳在油藏中理論存量的計(jì)算方法主要是以物質(zhì)平衡方程為基礎(chǔ)而建立起來的，是其假設(shè)油氣采出所讓出的空間全部可用于CO2的存儲(chǔ)[9]．

美國(guó)是開展利用二氧化碳地質(zhì)封存驅(qū)油技術(shù)最多的國(guó)家，技術(shù)已經(jīng)非常成熟．Jerry Shaw等人提出二氧化碳在油藏中的存儲(chǔ)量用兩個(gè)方程計(jì)算[9,10]．

在二氧化碳突破之前

在二氧化碳突破之后

式中MCO2to為二氧化碳在封存油藏中的封存量；ρCO2r為二氧化碳在封存油藏條件下的密度；N為封存油藏原油儲(chǔ)量；B0為封存油藏原油體積系數(shù)；ERBT為原有的石油采收率；ERHCP V為注入某一烴類孔隙體積（HCPV）二氧化碳時(shí)原有的采收率．

3.2.2 理論封存儲(chǔ)量結(jié)果

采用上述公式對(duì)準(zhǔn)東地區(qū)與E油田的CO2封存潛力進(jìn)行了估算，準(zhǔn)東地區(qū)理論可實(shí)現(xiàn)CO2地質(zhì)封存1 076.82×104t，E油田理論地質(zhì)封存技術(shù)可實(shí)現(xiàn)CO2地質(zhì)封存490.6×104t．

4 結(jié)論

（1）本文首次系統(tǒng)地建立準(zhǔn)東地區(qū)CO2-EOR適宜性評(píng)價(jià)體系，使其能夠充分利用油藏?cái)?shù)據(jù)、氣源指標(biāo)、交通狀況等指標(biāo)開展適應(yīng)性評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)精度進(jìn)一步提高．

（2）準(zhǔn)東地區(qū)利用CO2地質(zhì)封存技術(shù)潛力巨大，期望理論CO2封存量可達(dá)1 076.82×104t，其中，E油田期望理論CO2封存量可達(dá)490.6×104t．

（3）準(zhǔn)東的主力油田中，A油田因?yàn)槠溆筒亓芽p復(fù)雜發(fā)育，CO2封存有泄露風(fēng)險(xiǎn)不適合封存，評(píng)分為4.875；D油田因其油藏?cái)嗔亚闆r不宜實(shí)施CO2-EOR技術(shù)，評(píng)分為4.458．B油田、C油田以及E油田相對(duì)適宜，且E油田評(píng)估分?jǐn)?shù)最高，實(shí)施效果最好，評(píng)分為6.3．