多孔介質內超臨界CO2驅替CH4相行為及滲流特性研究

《多孔介質內超臨界CO2驅替CH4相行為及滲流特性研究》是依託大連理工大學,由張毅擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：多孔介質內超臨界CO2驅替CH4相行為及滲流特性研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：張毅

項目摘要

多孔介質內超臨界CO2驅替CH4相行為及滲流特性，對CO2強化天然氣開採具有重要意義。本項目重點針對強化採氣過程中的驅替特性及封存機理，研究有效識別多孔介質及其孔隙中流體分布的X-CT圖像可視化分析方法，套用分形方法闡明孔隙分布、連通性、滲透率以及迂曲度等特性，及其對驅替、封存過程的影響；捕捉CO2、CH4擴散過程中的密度、界面變化，結合改進的PC-SAFT模型和密度梯度理論研究界面密度分布、界面作用；可視化分析驅替過程中各組分的動態分布，探明CO2、CH4過渡帶、混溶速率變化特徵，研究混合體系相行為及變化趨勢，分析驅替過程中對流、擴散、彌散特性及各階段的主控因素，闡明CO2強化採氣以及穩定埋存的機理；研究CO2、CH4相態特徵描述、過渡帶跟蹤數值模擬方法，建立多孔介質中CO2驅替CH4的流動模型，揭示CO2驅替機理、滲流規律以及封存機制，為提高天然氣採收率以及CO2封存提供理論指導。

結題摘要

多孔介質內超臨界CO2驅替CH4相行為及滲流特性，對CO2強化天然氣開採具有重要意義。本項目基於磁懸浮天平搭建了高精度氣體密度實驗系統，對氣藏地質條件下的CO2–CH4二元體系密度進行了系統性測量，獲得了CO2–CH4二元體系的密度數據。在CO2濃度較高時，二元體系密度在臨界區附近存在劇烈變化。改進了PR及PC-SAFT方程，提高了PR及PC-SAFT方程對CO2–CH4二元體系密度預測的精度。套用基於CT的多孔介質內CO2–CH4驅替可視化及彌散原位測量系統，獲取了填砂岩心的孔隙結構及孔隙度分布，隨著粒徑減小，孔隙度沿軸向波動變小，更為均質。可視化描述了填砂岩心內液態及超臨界態CO2驅替CH4彌散過程，證明了驅替過程無明顯相界面，證實該過程為混相驅替過程，並原位獲取了混相驅替過程中的彌散係數，分析發現進出口效應會增大彌散係數14%~29%，探明了殘餘水溶解CO2進而抑制彌散作用的影響機制。採用不同粒徑填砂岩心，模擬氣藏溫壓條件以及不同注入流速進行實驗，研究溫度、壓力、流速對彌散的影響，發現重力效應會促進橫向彌散，抑制縱向彌散。對於縱向彌散，在超臨界之前壓力促進彌散，在超臨界狀態下，壓力抑制縱向彌散；流速越大，彌散作用越強；多孔介質非均質性會造成較大的彌散；天然氣中含有CO2雜質時，密度及粘度趨於CO2，進而會增大彌散作用。構建了均質與非均質氣藏模型，開展CO2–CH4混相驅替模擬研究，探明了地質條件下氣藏內CO2與天然氣之間的混相驅替規律。氣藏尺度驗證了重力效應抑制縱向驅替彌散的作用機理，分析了不同開採時期CO2注入效果，為CO2–EGR的實施提供了理論指導。