CN117536606A - 一种气态-超临界态co2埋存量的确定方法 - Google Patents
一种气态-超临界态co2埋存量的确定方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117536606A CN117536606A CN202311518852.5A CN202311518852A CN117536606A CN 117536606 A CN117536606 A CN 117536606A CN 202311518852 A CN202311518852 A CN 202311518852A CN 117536606 A CN117536606 A CN 117536606A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- buried
- pressure
- gaseous
- model
- water
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 112
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 164
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 129
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 129
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 claims abstract description 99
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 60
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 claims abstract description 34
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000009933 burial Methods 0.000 claims abstract description 23
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 claims abstract description 23
- 239000011707 mineral Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 18
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000008030 elimination Effects 0.000 claims abstract description 8
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 claims abstract description 7
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 5
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000008398 formation water Substances 0.000 claims description 90
- 238000011068 loading method Methods 0.000 claims description 50
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 38
- 230000033558 biomineral tissue development Effects 0.000 claims description 37
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 claims description 37
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 34
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 30
- 239000003110 molding sand Substances 0.000 claims description 27
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 24
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 23
- 238000005065 mining Methods 0.000 claims description 21
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 16
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 15
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 13
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 13
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 8
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 7
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 6
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims description 5
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 4
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000009545 invasion Effects 0.000 claims description 3
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims description 3
- UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N Carbon monoxide Chemical compound [O+]#[C-] UGFAIRIUMAVXCW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229910002091 carbon monoxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 25
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 20
- 230000008859 change Effects 0.000 description 18
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 8
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 6
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 6
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 6
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 6
- 230000009919 sequestration Effects 0.000 description 6
- 239000012265 solid product Substances 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 239000006004 Quartz sand Substances 0.000 description 4
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 3
- 239000007795 chemical reaction product Substances 0.000 description 3
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 3
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 3
- 230000004807 localization Effects 0.000 description 3
- 238000013507 mapping Methods 0.000 description 3
- 238000012806 monitoring device Methods 0.000 description 3
- 239000000376 reactant Substances 0.000 description 3
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003556 assay Methods 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004568 cement Substances 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 2
- 230000004069 differentiation Effects 0.000 description 2
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 2
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 2
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 2
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 2
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N N-[3-oxo-3-(2,4,6,7-tetrahydrotriazolo[4,5-c]pyridin-5-yl)propyl]-2-[[3-(trifluoromethoxy)phenyl]methylamino]pyrimidine-5-carboxamide Chemical compound O=C(CCNC(=O)C=1C=NC(=NC=1)NCC1=CC(=CC=C1)OC(F)(F)F)N1CC2=C(CC1)NN=N2 AFCARXCZXQIEQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N carbonic acid Chemical compound OC(O)=O BVKZGUZCCUSVTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 230000003750 conditioning effect Effects 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 description 1
- 238000003760 magnetic stirring Methods 0.000 description 1
- 230000014759 maintenance of location Effects 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000001089 mineralizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 239000000047 product Substances 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 239000008247 solid mixture Substances 0.000 description 1
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009897 systematic effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/06—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a liquid
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
- G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
- G01N27/04—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
- G01N27/06—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a liquid
- G01N27/07—Construction of measuring vessels; Electrodes therefor
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
本发明公开提供一种气态‑超临界态CO2埋存量的确定方法，所述气态‑超临界态CO2埋存量的确定方法包括如下步骤：采用抽真空饱和的方式，将CO2埋存模型饱和模拟地层水，并测定模型孔隙度；之后以驱替方式恒速向模型中注入模拟地层水，监测并记录模型注采两端压力变化，计算模型水测渗透率；消除CO2溶解对气态‑超临界态CO2埋存量测定结果的影响；消除CO2地化反应产生矿物沉淀对气态‑超临界态CO2埋存量测定结果的影响；针对具有封闭边界或恒压边界的水层，计算气态‑超临界态CO2埋存量；根据计算得到的气态‑超临界态CO2埋存量，构建气态‑超临界态CO2埋存量随温压条件变化的图版。
Description
技术领域
本发明属于油气田开发技术领域，具体涉及一种气态-超临界态CO2埋存量的确定方法。
背景技术
随着社会经济的不断发展，全球碳排放呈现逐年递增的趋势，由此导致的温室效应问题日益突出。为有效减少CO2排放，碳捕集与地下埋存受到了广泛关注。相对于CO2油气藏埋存、煤层埋存、盐穴埋存等埋存形式，CO2水层埋存具有选址范围广泛、存储空间巨大、约束条件较少等优势，成为目前重要的CO2埋存理论研究和工程应用方向。然而现有技术中CO2水层埋存理论和技术体系均不完善，对于不同赋存状态下CO2埋存量并不能准确测定。
发明内容
因此，本发明所要解决的是如何提供一种气态-超临界态CO2埋存量的确定方法，旨在解决上述的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种气态-超临界态CO2埋存量的确定方法，包括如下步骤：
采用抽真空饱和的方式，将CO2埋存模型饱和模拟地层水，并测定模型孔隙度。之后以驱替方式恒速向模型中注入模拟地层水，监测并记录模型注采两端压力变化，计算模型水测渗透率；
消除CO2溶解对气态-超临界态CO2埋存量测定结果的影响；
消除CO2地化反应产生矿物沉淀对气态-超临界态CO2埋存量测定结果的影响；
针对具有封闭边界或恒压边界的水层，计算气态-超临界态CO2埋存量；
根据计算得到的气态-超临界态CO2埋存量，构建气态-超临界态CO2埋存量随温压条件变化的图版；
根据气态-超临界态CO2埋存量随温压条件变化的图版、埋存温度为T、埋存压力为P、上覆岩层压力为PR、地层水矿化度为M时，得到室内实验测定的气态-超临界态CO2埋存量VC；
其中，所述CO2埋存模型包括：
圆柱形的模型主体，所述模型主体内具有圆柱形腔体，所述圆柱形腔体具有位于两端的第一端和第二端，所述圆柱形腔体用于填充模型砂体，所述模型主体的外侧贯设有多个监测口；
轴压加载***，安装在第二端且将所述圆柱形腔体分隔成第一腔和第二腔，所述轴压加载***沿轴向贯设有采出口，所述采出口与所述第一腔连通并穿过所述第二腔伸出至外界，所述轴压加载***用于对所述圆柱形腔体内的模型砂体施加上覆压力；
监测装置，安装在所述多个监测口，用于对所述监测口处的电阻率变化进行监测以监测模型砂体内流体相态和含量的变化或者用于监测所述监测口处的压力；
旋转装置，安装在模型主体上，用于带动所述模型主体进行旋转至预设角度；
上堵头结构，安装在所述第一端，用于封闭所述第一端，所述上堵头结构沿轴向贯设有上注入口和下注入口，所述上注入口和所述下注入口沿上下方向间隔排布；以及，
下堵头结构，安装在所述第二端，用于封闭所述第二端，所述下堵头结构沿轴向贯设有若干个沿上下方向排布的轴压注入口和轴向放空口，所述下堵头结构设于所述轴压加载***与所述上堵头结构相反的一侧，所述轴压注入口和轴向放空口分别与所述第二腔连通，用于向第二腔注入流体或者释放流体；
其中，所述第一腔填充有所述模型砂体。
优选地，在所述气态-超临界态CO2埋存量的确定方法中，所述轴压加载***包括：
轴压加载结构，容置于所述圆柱形腔体，以将所述圆柱形腔体分隔成所述第一腔和所述第二腔，所述轴压加载结构沿轴向贯设有所述采出口；以及，
筛网压板，安装在所述轴压加载结构靠近所述第一端的端部，且所述筛网压板盖设在所述采出口的外缘，用于防止采出过程中所述第一腔内的模型砂体的颗粒进入并堵塞所述采出口。
优选地，在所述气态-超临界态CO2埋存量的确定方法中，所述监测口的数量为八个，八个监测口均匀排布在模型主体的外侧。
优选地，在所述气态-超临界态CO2埋存量的确定方法中，所述监测口安装有集成了电极探针和压力传感器的监测探头。
优选地，在所述气态-超临界态CO2埋存量的确定方法中，所述针对具有封闭边界或恒压边界的水层，计算气态-超临界态CO2埋存量的步骤，包括：
对于具有封闭边界的水层，采用只注不采的方式，以实验设定注入速度q通过气体流量控制器恒速向CO2埋存模型的上注入口注入CO2，在此过程中采出口关闭不排水；
实时动态监测并记录多个监测口位置电阻率和压力数据，持续注入CO2直至上注入口和多个监测口中的任意一个达到上限压力PU，停止注入，记录注入时间t。将模型静置，待模型中流体和压力稳定后，分别读取CO2埋存模型的压力点的压力数据；
对于具有封闭边界的水层，埋存上限压力为PU时，气态-超临界态CO2埋存量VC为：
VC为气态-超临界态CO2埋存量，sm3(20℃，1atm标况下体积，下同)；
q为CO2注入速度，sm3/min；
t为CO2注入时间，min；
VPVL为砂体模型孔隙体积，m3；
为埋存压力为/>时CO2在模拟地层水中的溶解度sm3/m3；
SP为出口端回压为P时CO2在模拟地层水中的溶解度sm3/m3。
优选地，在所述气态-超临界态CO2埋存量的确定方法中，所述针对具有封闭边界或恒压边界的水层，计算气态-超临界态CO2埋存量的步骤，包括：
对于具有恒压边界的水层，将模型出口端的压力设定为P，模拟恒压边界条件，将轴压加载***的压力设定为PR，模拟上覆岩层压力；采用驱替的方式从CO2埋存模型的上注入口注入CO2，控制CO2注入速度为q并保持恒定；从CO2埋存模型的采出口采出地层水，模拟CO2埋存过程中地层水向水体流动的反向水侵过程；
实时动态监测并记录各测点位置电阻率和压力数据；通过多个监测口电阻率数据变化追踪注入CO2波及规律。当最靠近采出口的监测口监测到的平均电阻率降为初始饱和地层水时电阻率的0.5倍，且注入CO2尚未从采出口突破时，停止CO2注入，关闭采出口阀门。此时注入的CO2到达或接近采出口但尚未从采出口突破，此过程用于模拟实际水层注入的CO2运移至水层与水体交界处但尚未进入水体的过程；
计量累积产出水量VWL，记录CO2注入时间t。将模型静置1h，待模型中流体和压力稳定后，分别读取CO2埋存模型的压力点(多个监测口以及上注入口、采出口，在本实施例中，压力点包括8个压力监测口、上注入口、以及采出口)的压力数据，取其平均值作为CO2埋存压力，记为。则具有恒压边界的水层气态-超临界态CO2埋存量VC为：
VWL为累积产出水量，m3；
VC为气态-超临界态CO2埋存量，sm3；
q为CO2注入速度，sm3/min；
t为CO2注入时间，min；
VPVL为砂体模型孔隙体积，m3；
为埋存压力为/>时CO2在模拟地层水中的溶解度sm3/m3；
SP为出口端回压为P时CO2在模拟地层水中的溶解度sm3/m3。
优选地，在所述气态-超临界态CO2埋存量的确定方法中，所述根据气态-超临界态CO2埋存量随温压条件变化的图版、埋存温度为T、埋存压力为P、上覆岩层压力为PR、地层水矿化度为M时，得到室内实验测定的气态-超临界态CO2埋存量VC之后，所述确定方法还包括：
考虑温度、压力和矿化度影响的水层中气态-超临界态CO2埋存量记为VC-(P,T,M)；基于室内实验测定的气态-超临界态CO2埋存量VC，埋存温度为T、埋存压力为P、地层水矿化度为M时矿场实际中气态-超临界态CO2埋存量VC-(P,T,M)计算方法为：
VC-(P,T,M)为矿场实际水层气态-超临界态CO2埋存量，sm3；
VC为室内实验测定气态-超临界态CO2埋存量，sm3；
VPVL为砂体模型孔隙体积，m3；
VPVR为矿场实际水层孔隙体积，m3。
优选地，在所述气态-超临界态CO2埋存量的确定方法中，所述消除CO2溶解对气态-超临界态CO2埋存量测定结果的影响的步骤，包括：
在明确目标埋存水层上覆岩层压力为PR的基础上，将CO2埋存模型保持在实验设定温度T，CO2埋存模型的轴压加载***的压力设定为PR；
采用驱替的方式从CO2埋存模型的下注入口注入饱和CO2地层水，设置模型出口端回压为P，并从采出口采出不含CO2的地层水；
在累积注入10.0PV饱和CO2地层水时，完成饱和CO2地层水置换。
优选地，在所述气态-超临界态CO2埋存量的确定方法中，所述消除CO2地化反应产生矿物沉淀对气态-超临界态CO2埋存量测定结果的影响的步骤，包括：
在完成饱和CO2地层水置换过程后，在实验设定温度T条件下将CO2埋存模型带压静置，让CO2埋存模型中的模型砂体和溶解的CO2充分反应；采用驱替的方式从CO2埋存模型的下注入口重新注入饱和CO2地层水，并从采出口采出CO2地化反应后的地层水，在此过程中轴压加载***和模型出口端的压力分别设定为PR和P；累积注入10.0PV，完成饱和CO2地层水二次置换。
为了实现上述目的，本发明还提供一种CO2水层埋存总量的确定方法，包括上述的气态-超临界态CO2埋存量的确定方法。
本发明具有如下有益效果：
本发明提供的方法在测定气态-超临界态CO2埋存量时采用了饱和CO2地层水置换的方法，从而消除了注入CO2溶解的影响；通过预处理让饱和CO2地层水与模型砂体充分接触反应，并将地化反应产生的沉淀物通过饱和CO2地层水二次置换排出模型，有效降低了后续气态-超临界态CO2封存量测定实验过程中的地化反应强度。
进一步地，填制CO2埋存模型所用石英砂成分单一、性质稳定且无胶结物存在，加之实验时间较短，因此气态-超临界态CO2封存量测定实验过程中的CO2矿化封存量可以忽略。
进一步地，本发明提供的水层中气态超临界态和溶解态CO2埋存量测定的实验装置所能模拟的具有倾角的水层、连接有开放边底水的水层、高注低采注气排水等埋存实例，气态-超临界态CO2埋存量VC-(P,T,M)测定计算方法和前述方法类似，这里不再重复。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供水层中气态超临界态和溶解态CO2埋存量测定的实验装置的剖视图。
图2为图1中A处的局部示意图；
图3为图2中轴压加载***推动至另一状态下的示意图；
图4为气态-超临界态CO2埋存量随温压条件变化图版；
图5为溶解态CO2埋存量随地层水电阻率和矿化度变化图版；
图6为水层中CO2地化反应实验高温反应釜示意图；
图7为矿化固态CO2埋存量随埋存时间变化关系图。
100-实验装置；1-模型主体，11-第一端，12-第二端，13-监测口，14-圆柱形腔体，141-第一腔，142-第二腔，2-轴压加载***，21-筛网压板，22-轴压加载结构，23-采出口，3-旋转装置，4-上堵头结构，41-上注入口，42-下注入口，5-下堵头结构，51-轴压注入口，52-轴压放空口。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
本发明实施例中术语“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
本发明实施例中术语“多个”是指两个或两个以上，其它量词与之类似。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的各实施例进行详细的阐述。然而，本领域的普通技术人员可以理解，在本发明各实施例中，为了使读者更好地理解本发明而提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于以下各实施例的种种变化和修改，也可以实现本发明所要求保护的技术方案。以下各个实施例的划分是为了描述方便，不应对本发明的具体实现方式构成任何限定，各个实施例在不矛盾的前提下可以相互结合相互引用。
实施例1
本发明提供一种水层中气态超临界态和溶解态CO2埋存量测定的实验装置100，请参阅图1至图3，该水层中气态超临界态和溶解态CO2埋存量测定的实验装置100包括圆柱形的模型主体1、轴压加载***2、监测装置、旋转装置3、上堵头结构4、以及下堵头结构5。所述模型主体1内具有圆柱形腔体14，所述圆柱形腔体14具有位于两端的第一端11和第二端12，所述圆柱形腔体14用于填充模型砂体，所述模型主体1的外侧贯设有多个监测口13；轴压加载***2安装在第二端12且将所述圆柱形腔体14分隔成第一腔141和第二腔142，所述轴压加载***2沿轴向贯设有采出口23，所述采出口23与所述第一腔141连通并穿过所述第二腔142伸出至外界，所述轴压加载***2用于对所述圆柱形腔体14内的模型砂体施加上覆压力；监测装置安装在所述多个监测口13，用于对所述监测口13处的电阻率变化进行监测以监测模型砂体内流体相态和含量的变化或者用于监测所述监测口13处的压力；旋转装置3安装在模型主体1上，用于带动所述模型主体1进行旋转至预设角度；上堵头结构4安装在所述第一端11，用于封闭所述第一端11，所述上堵头结构4沿轴向贯设有上注入口41和下注入口42，所述上注入口41和所述下注入口42沿上下方向间隔排布；下堵头结构5安装在所述第二端12，用于封闭所述第二端12，所述下堵头结构5沿轴向贯设有若干个沿上下方向排布的轴压注入口51和轴向放空口，所述下堵头结构5设于所述轴压加载***2与所述上堵头结构4相反的一侧，所述轴压注入口51和轴向放空口分别与所述第二腔142连通，用于向第二腔142注入流体或者释放流体；其中，所述第一腔141填充有所述模型砂体。
需要说明的是，本发明中提到的所述气态超临界态CO2是指含水层中以气态、超临界状态或气态-超临界态混合过渡状态存在的，被储层构造封存的连续相CO2和残余封存在孔喉中的分散相CO2的总称，其总体积记为VC。
具体操作时，可以选择合适目数的模型砂体例如石英砂，用干式方法填制模型主体1，即该模型主体1也可以理解为CO2埋存模型。
在本实施例中，模型主体1可以为可耐高浓度CO2和高矿化度地层水腐蚀的材质，例如316L不锈钢。在本实施例中，模型主体1的圆柱形腔体14内径5.0cm，长50cm，内腔总体积0.982L。优选地，模型主体1的耐压至少40Mpa，耐高温至少150℃，模型主体1的内腔打毛处理，形成粗糙壁面，减小壁面流影响。
优选地，在所述水层中气态超临界态和溶解态CO2埋存量测定的实验装置100中，所述轴压加载***2包括轴压加载结构22以及筛网压板21，轴压加载结构22容置于所述圆柱形腔体14，以将所述圆柱形腔体14分隔成所述第一腔141和所述第二腔142，所述轴压加载结构22沿轴向贯设有所述采出口23，筛网压板21安装在所述轴压加载结构22靠近所述第一端11的端部，且所述筛网压板21盖设在所述采出口23的外缘，用于防止采出过程中所述第一腔141内的模型砂体的颗粒进入并堵塞所述采出口23。另外，筛网压板21还可以铺设在轴向加载结构的整个端部并延伸至圆柱形腔体14的内壁，如此可以防止轴压加载结构22移动过程中第一腔141内模型砂体的砂体颗粒进入轴压加载结构22与圆柱形腔体14之间的缝隙。
通过轴压加载结构22对所述圆柱形腔体14内的模型砂体施加上覆压力，可以更真实的模拟地层环境。在通过轴压注入口51注入压力时，液压可以推动轴压加载***2朝向第一端11的方向移动，从而达到压实模型砂体施加上覆压力的效果。轴压注入口51和轴压放空口52分别向第二腔142内注入或排出流体以实现第二腔142内液压的升高或降低，并使第一腔141沿轴向的压力同步变化。
在本实施例中，监测口13的数量为八个，八个监测口13均匀排布在模型主体1的外侧。可以是八个监测口13分两排排布在模型主体1的外侧，还可以是分成多排，具体根据实际需要确定。监测装置可以是具有监测监测口13位置的电阻率变化情况的装置，例如可以是监测探头，该监测探头集成了电极探针和压力传感器，如此可以与监测口13匹配使用，将集成有电极探针和压力传感器的监测探头安装在监测口13可实时动态监测并记录测点位置电阻率变化情况，从而反映砂体内流体相态和含量变化，同时可以测量并记录模型不同部位压力动态变化规律。
旋转装置3可以是设置在模型主体1的中部，驱动模型主体1旋转，还可以是设置在其他位置，在此不做具体限制。旋转装置3驱动模型主体1旋转的角度可以是0-360°中任意角度，在此不做具体限制，可以根据具体实验进行确定需要旋转的角度，例如对于有一定倾角的地层进行模拟，可以通过旋转装置3旋转模型主体1使模型主体1旋转至和地层相同倾角来模拟。例如持续增大模型本体的倾角至接近或等于90°，则可实现由于重力分异作用导致的CO2在地层水中的羽流现象的模拟。此外，分别通过上注入口41和下注入口42向模型中注入CO2，可以模拟气水重力分异作用对注入CO2波及规律和埋存量的影响。
实施例2
本实施例主要涉及考虑温度、压力和矿化度影响的水层中气态-超临界态CO2埋存量的测定方法。本实施例是基于实施例1进行的。
其中气态超临界态CO2的含义等也参照实施例1，实施例2包括实施例1的所有内容，同样实施例1的有益效果也可以应用于实施例2。
该测定方法包括：
(1)模拟实际水层上覆岩层和围岩压力
具体操作时，通过轴压加载***2向模型主体1注入的模型砂体施加预设轴压，模拟实际水层上覆岩层和围岩压力。
其中模型主体1中注入模型砂体可以选择合适目数的模型砂体例如石英砂，用干式方法填制模型主体1，即该模型主体1也可以理解为CO2埋存模型。
(2)模拟地层水、饱和CO2地层水配制
1)模拟地层水的配制
具体实现时，可以是选取第一预设体积的去离子水，进行蒸馏纯化处理，去除其中电解质、非电解质和溶解CO2，注入第一存储罐密封保存后得到模拟水；取第二存储罐进行抽真空处理，之后注入第二预设体积模拟水并投入对应质量矿物盐，磁力搅拌均匀，配制成和目标埋存水层具有相同矿物组成和矿化度的模拟地层水。
2)饱和CO2地层水配制
在恒温箱内，保持地层温度T，向存储有模拟地层水的第二存储罐充注过量CO2，并将第二存储罐内压力升至实验设定压力P，使用旋转转置慢速连续旋转(例如旋转24h)，使CO2与模拟地层水充分接触溶解并达到饱和状态；将第二存储罐复位并排出过量的气态CO2，同时使用回压***保持存储罐内压力始终维持在实验设定压力P，完成饱和CO2地层水配制。
3)模型砂体物性实验测定
采用抽真空饱和的方式，将CO2埋存模型饱和模拟地层水，并测定模型孔隙度。之后以驱替方式恒速向模型中注入模拟地层水，监测并记录模型注采两端压力变化，计算模型水测渗透率，如此可以对比室内实验CO2埋存模型砂体和目标埋存水层岩石孔渗物性的差异性，保证两者在合理的误差范围内(如此可以判断砂体孔隙度和渗透率与实际矿场储层是否相符)。其中CO2埋存模型即为实施例1中提供的水层中气态超临界态和溶解态CO2埋存量测定的实验装置100。
更具体地，以抽真空饱和的方式向CO2埋存模型的下注入口42注入饱和模拟地层水，并测定CO2埋存模型的孔隙度；再以驱替方式恒速向下注入口42注入模拟地层水，监测并记录CO2埋存模型的多个监测口13的压力变化，计算CO2埋存模型水测渗透率。对比室内实验CO2埋存模型砂体和目标埋存水层岩石孔渗物性的差异性，保证两者在合理的误差范围内。
4)消除CO2溶解对气态-超临界态CO2埋存量测定结果的影响
在明确目标埋存水层上覆岩层压力为PR的基础上，将CO2埋存模型保持在实验设定温度T，CO2埋存模型的轴压加载***2的压力设定为PR。采用驱替的方式从CO2埋存模型的下注入口42注入饱和CO2地层水，设置模型出口端回压为P，并从采出口23采出不含CO2的地层水。通常在累积注入10.0PV饱和CO2地层水时，完成饱和CO2地层水置换，如此可以消除CO2溶解对气态-超临界态CO2埋存量测定结果的影响。
5)消除CO2地化反应产生矿物沉淀对气态-超临界态CO2埋存量测定结果的影响
在完成步骤4)中饱和CO2地层水置换过程后，在实验设定温度T条件下将CO2埋存模型带压(轴压加载***2的设定压力PR和模型出口端的设定压力P)静置(例如静置48h)，让CO2埋存模型中的模型砂体和溶解的CO2充分反应。采用驱替的方式从CO2埋存模型的下注入口42重新注入饱和CO2地层水，并从采出口23采出CO2地化反应后的地层水，在此过程中轴压加载***2和模型出口端的压力分别设定为PR和P。累积注入10.0PV，完成饱和CO2地层水二次置换，如此来消除CO2地化反应产生矿物沉淀对气态-超临界态CO2埋存量测定结果的影响。
6)具有封闭边界的水层，气态-超临界态CO2埋存量的计算
对于具有封闭边界的水层，采用只注不采的方式，以实验设定注入速度q通过气体流量控制器恒速向CO2埋存模型的上注入口41注入CO2，在此过程中采出口23关闭不排水。
实时动态监测并记录多个监测口13位置电阻率和压力数据(具体可以通过集成有电极探针和压力传感器的监测探头来进行监测，在其他实施例中也可以通过其他监测装置)。持续注入CO2直至上注入口41和多个监测口13中的任意一个达到上限压力PU，停止注入，记录注入时间t。将模型静置(通常可以静置1h)，待模型中流体和压力稳定后，分别读取CO2埋存模型的压力点(多个监测口13以及上注入口41、采出口23，在本实施例中，压力点包括8个压力监测口13、上注入口41、以及采出口23)的压力数据，取其平均值作为CO2埋存压力，记为
对于具有封闭边界的水层，埋存上限压力为PU时，气态-超临界态CO2埋存量VC为：
VC为气态-超临界态CO2埋存量，sm3(20℃，1atm标况下体积，下同)；
q为CO2注入速度，sm3/min；
t为CO2注入时间，min；
VPVL为砂体模型孔隙体积，m3；
为埋存压力为/>时CO2在模拟地层水中的溶解度sm3/m3；
SP为出口端回压为P时CO2在模拟地层水中的溶解度sm3/m3。
7)具有恒压边界的水层，气态-超临界态CO2埋存量的计算
对于具有恒压边界的水层，将模型出口端的压力设定为P，模拟恒压边界条件，将轴压加载***2的压力设定为PR，模拟上覆岩层压力。采用驱替的方式从CO2埋存模型的上注入口41注入CO2，控制CO2注入速度为q(例如通过气体流量控制器来控制CO2注入速度)并保持恒定。从CO2埋存模型的采出口23采出地层水，模拟CO2埋存过程中地层水向水体流动的反向水侵过程。
实时动态监测并记录各测点位置电阻率和压力数据(具体可以通过集成有电极探针和压力传感器的监测探头，在其他实施例中也可以通过其他监测装置)。通过多个监测口13电阻率数据变化追踪注入CO2波及规律。当最靠近采出口23的监测口13监测到的平均电阻率降为初始饱和地层水时电阻率的0.5倍，且注入CO2尚未从采出口23突破时，停止CO2注入，关闭采出口23阀门。此时注入的CO2到达或接近采出口23但尚未从采出口23突破，此过程用于模拟实际水层注入的CO2运移至水层与水体交界处但尚未进入水体的过程。
计量累积产出水量VWL，记录CO2注入时间t。将模型静置1h，待模型中流体和压力稳定后，分别读取CO2埋存模型的压力点(多个监测口13以及上注入口41、采出口23，在本实施例中，压力点包括8个压力监测口13、上注入口41、以及采出口23)的压力数据，取其平均值作为CO2埋存压力，记为则具有恒压边界的水层气态-超临界态CO2埋存量VC为：
其中VWL为累积产出水量，m3；
VC为气态-超临界态CO2埋存量，sm3(20℃，1atm标况下体积，下同)；
q为CO2注入速度，sm3/min；
t为CO2注入时间，min；
VPVL为砂体模型孔隙体积，m3；
为埋存压力为/>时CO2在模拟地层水中的溶解度sm3/m3；
SP为出口端回压为P时CO2在模拟地层水中的溶解度sm3/m3。
8)气态-超临界态CO2埋存量随温压条件变化的图版
运用上述方法，根据矿场实际CO2埋存条件不同，改变实验温度和压力，可测得一系列气态-超临界态CO2埋存量数据；将这些数据进行插值处理，即可得到气态-超临界态CO2埋存量随温压条件变化的图版，如图4所示。
9)根据气态-超临界态CO2埋存量随温压条件变化的图版、埋存温度为T、埋存压力为P、上覆岩层压力为PR、地层水矿化度为M时，得到室内实验测定的气态-超临界态CO2埋存量VC。
针对现场实际任意水层温度和压力条件，通过确定的图版(例如图4的图版)，即可得到对应的室内实验测定的气态-超临界态CO2埋存量。进一步，改变地层水矿化度，重复上述实验过程，则可得到一系列图版，最终形成考虑温度、压力和矿化度影响的水层中气态-超临界态CO2埋存量图版系列。
应用到现场实际，考虑温度、压力和矿化度影响的水层中气态-超临界态CO2埋存量记为VC-(P,T,M)。基于前述室内实验测定的气态-超临界态CO2埋存量VC，埋存温度为T、埋存压力为P、地层水矿化度为M时矿场实际中气态-超临界态CO2埋存量VC-(P,T,M)计算方法为：
VC-(P,T,M)为矿场实际水层气态-超临界态CO2埋存量，sm3；
VC为室内实验测定气态-超临界态CO2埋存量，sm3；
VPVL为砂体模型孔隙体积，m3；
VPVR为矿场实际水层孔隙体积，m3。
本发明提供的方法在测定气态-超临界态CO2埋存量时采用了饱和CO2地层水置换的方法，从而消除了注入CO2溶解的影响；通过预处理让饱和CO2地层水与模型砂体充分接触反应，并将地化反应产生的沉淀物通过饱和CO2地层水二次置换排出模型，有效降低了后续气态-超临界态CO2封存量测定实验过程中的地化反应强度。
进一步地，填制CO2埋存模型所用石英砂成分单一、性质稳定且无胶结物存在，加之实验时间较短，因此气态-超临界态CO2封存量测定实验过程中的CO2矿化封存量可以忽略。
进一步地，本发明提供的水层中气态超临界态和溶解态CO2埋存量测定的实验装置100所能模拟的具有倾角的水层、连接有开放边底水的水层、高注低采注气排水等埋存实例，气态-超临界态CO2埋存量VC-(P,T,M)测定计算方法和前述方法类似，这里不再重复。
实施例3
为实现水层中溶解态CO2埋存量的快速准确高效测定，本发明提出了基于电阻率法的地层水中溶解态CO2埋存量测定与计算方法。CO2在地层水中溶解后形成碳酸，电离后形成的H+和HCO3 -增加了地层水中离子含量，进而降低了地层水的电阻率。因此，可以通过监测地层水电阻率变化反应地层水中溶解态CO2埋存量变化。基于电阻率法的地层水中溶解态CO2埋存量测定与计算方法，包括如下步骤：
1)模型设置
通过旋转装置3将实施例1提供的实验装置100逆时针旋转90°，使得注入端(上注入口41和下注入口42)在下、采出口23在上的竖立的形态。
在多个监测口13安装集成有电极探针和压力传感器的监测探头。在本实施例中，监测口13的数量为8个，具体也可以根据需要而定。下面为了便于说明，以监测口13安装有集成有电极探针和压力传感器的监测探头为例进行说明。
2)模拟水电阻率标定
向CO2埋存模型的下注入口42中注入去除了电解质、非电解质和溶解CO2的模拟水，通过CO2埋存模型的采出口23排出过量的模拟水。通过电极探针监测各测点电阻率并取平均，作为地层水矿化度为0时的电阻率基准值，完成模拟水电阻率标定。
向模型注入具有设定矿物组成和矿化度的模拟地层水，完成模拟地层水对模拟水的置换(通常需要连续驱替10.0PV)。通过电极探针监测各个监测口13的电阻率，作为CO2溶解度为0时的电阻率基准值，完成模拟地层水电阻率标定。
为了便于说明，以监测口13为8个为例，但并不表示监测口13仅限于8个。关闭采出口23的阀门，并在此处安装集成有电极探针和压力传感器的监测探头，与模型两侧的监测口13形成共计9个监测点。CO2注入过程中，通过轴压加载***2保持模型轴压压力始终为设定上覆岩层压力PR。通过恒温箱保持实验温度为实际埋存水层温度T，具体地，可以将CO2埋存模型置于恒温箱中。
3)溶解态CO2埋存量的计算
从下注入口42向CO2埋存模型注入设定体积ΔV的CO2(具体注入时可以通过气体流量控制器控制恒速注入)；监测采出口23、以及多个监测口13的电阻率和压力变化；注入完成后将模型静置预设时间(例如24h)，让注入CO2在模拟地层水中充分溶解，并通过已知的地层水体积和注入CO2体积计算溶解态CO2埋存量。通过监测采出口23、以及多个监测口13并记录CO2充分溶解稳定后地层水的电阻率。
采用梯次递增的方式(即分多次注入)，向CO2埋存模型中继续注入ΔV体积的CO2，重复前述实验过程，从而得到随着溶解态CO2埋存量增加，各测点(采出口23、以及多个监测口13)电阻率及变化情况。进一步，得到模拟地层水中溶解态CO2埋存量与地层水电阻率两个数据序列之间的映射关系。
另外，若模型上部测点(靠近采出口23的测点)出现电阻率明显异常，说明此时CO2在模拟地层水中已经完全饱和，后续注入CO2受重力分异作用影响以气态或超临界状态分布于模型上部，从而导致此处的电阻率异常增大。一方面，可以将此现象作为CO2在模拟地层水中已经完全饱和的依据，另外一方面，计算平均电阻率时要将这些异常点去掉。
4)溶解态CO2埋存量随地层水电阻率和矿化度变化图版
对于具有相同矿物组成不同矿化度的地层水，重复上述实验过程。从而可以得到不同矿化度条件下，溶解态CO2埋存量与地层水电阻率之间的映射关系。将地层水电阻率-地层水矿化度-溶解态CO2埋存量数据进行整理汇总并插值处理，可得溶解态CO2埋存量随地层水电阻率和矿化度变化图版，具体如图5所示。
需要说明的是，本发明中提到的溶解态CO2是指溶解在矿化地层水中并持续以溶解状态存在的CO2，其总体积记为VS。基于电阻率法，通过室内实验测定地层水中溶解态CO2埋存量方法为：(1)在目标埋存水层温度T、上覆岩层压力PR、埋存压力P、地层水矿物组成和矿化度条件下，采用实施例2对于具有封闭/恒压边界水层CO2埋存量测定方法，开展CO2埋存实验。不同之处在于此时饱和与二次置换所用均为不含CO2的模拟地层水；(2)待CO2注入完成，流体分布稳定后测定溶有CO2地层水的电阻率；(3)通过地层水电阻率和矿化度数据查图5所示图版，即可得到对应温度压力和矿化度条件下CO2在地层水中溶解埋存量VS。
5)溶解态CO2埋存量VS-(P,T,M)
基于上述确定的溶解态CO2埋存量随地层水电阻率和矿化度变化图版，确定的室内实验填砂模型溶解态CO2埋存量VS；
根据埋存温度为T、上覆岩层压力PR、埋存压力为P、地层水矿化度为M的矿场实际水层，计算溶解态CO2埋存量VS-(P,T,M)，计算公式为：
VS-(P,T,M)为矿场实际水层溶解态CO2埋存量，sm3；
VS为室内实验测定溶解态CO2埋存量，sm3；
VPVL为砂体模型孔隙体积，m3；
VWL为砂体模型累积产出水量，m3；
VPVR为矿场实际水层孔隙体积，m3；
VWR为矿场实际水层累积排出水量，m3。
本发明基于电阻率法构建溶解态CO2埋存量随地层水电阻率和矿化度变化图版，结合埋存量计算公式，可实现任意埋存温度、压力和地层水矿化度条件下溶解态CO2埋存量VS-(P,T,M)测定与计算；进一步地兼顾了CO2饱和与未饱和两种状态下埋存量的测定，实现了水层中溶解态CO2埋存量的快速准确高效测定与计算。
实施例4
CO2矿化固态封存是CO2水层埋存的重要机理之一，CO2注入水层后发生地化反应的速率相当缓慢，通常需要数十年或数百年才会产生显著的封存效果。因此，短时间内参与地化反应的反应物和生成物均属于微量，通过室内实验测定CO2矿化封存量时，存在较大难度。
在温度、压力、反应物(岩样、地层水)组成完全相同的前提下，影响地化反应的主要因素之一是反应物接触面积。地下含水层岩石骨架中大量矿物没有孔隙将之与地层水有效连通，使两者充分接触，从而导致地层水中溶解的CO2无法与岩石矿物充分发生地化反应。因此，CO2注入水层后发生地化反应的速率相当缓慢，CO2矿化固态封存量室内实验测定难度高且误差较大。为提高地化反应速率，采用粉碎研磨岩样形成岩样粉末，增大矿物颗粒与地层水接触面积的方式提高地化反应速率，从而便于室内实验测定地化反应产物的含量及变化。在此基础，通过室内实验采用相同的岩石矿物比表面积标定地化反应CO2固态产物质量，从而可以推演计算出矿场实际相同温度、压力、矿物组成和矿化度条件下矿化固态CO2埋存量。
具体地，本发明提供等比表面积标定的矿化固态CO2埋存量测定与计算方法，具体包括：
1)采用探针气体吸附等温线法测定块状和粉末状样品比表面积
具体地，针对现场CO2目标埋存水层钻井取心得到圆柱状的岩样，采用探针气体吸附等温线法测定其比表面积，即目标埋存水层多孔介质比表面积，并记为SC。将该岩样研磨成实验设定粒径粉末，通过相同方法测定岩样研磨成粉末后的比表面积并记为SL。
更具体地，测定的块状和粉末状样品比表面积包括测定的块状样品比表面积SC、粉末状样品比表面积SL。
2)室内实验CO2地化反应固态产物质量测定
室内实验CO2地化反应固态产物质量测定的步骤包括：
将研磨后的岩样粉末放入反应釜；
对该反应釜抽真空；
向反应釜内注入模拟地层水，直至累积注入体积为反应釜体积的预设倍数时，停止注入；
将反应釜置于恒温环境中，保持恒温环境的温度为实际埋存水层温度T，向反应釜中注入CO2，直至反应釜内压力达到实际埋存水层压力P时，停止注入，并维持在实际埋存水层压力P；
搅拌反应釜内流固混合物，使矿物粉末和地层水全面接触并充分反应，测取反应后地层水中的离子种类及含量变化；
基于CO2地化反应前后地层水中离子种类及含量变化，推演地化反应化学方程式和反应产物，从而计算得到室内实验CO2地化反应固态产物质量；
具体地，将研磨后岩样粉末放入高温反应釜(如图6所示)。通过注排气管线将反应釜抽真空2h，消除反应釜内空气影响。采用上述实施例中所述模拟地层水配制方法配制与目标埋存水层具有相同矿物成分和矿化度的模拟地层水。通过注水管线向反应釜内注入模拟地层水，累积注入体积为反应釜体积0.8倍时，停止注入；
将反应釜放入分体式恒温箱，保持恒温箱温度为实际埋存水层温度T。通过注排气管线向反应釜内注入CO2，直至反应釜内压力达到实际埋存水层压力P时，停止注入；通过压力追踪泵和压力传感器，调节CO2注入或排出，保持反应釜内压力在实验过程中始终维持在实际埋存水层压力P水平；
通过磁力搅拌装置低速搅拌反应釜内流固混合物，使矿物粉末和地层水全面接触并充分反应。将该实验连续进行30天，每隔5天用取样器通过取样口取反应釜内地层水样品一次。用电感耦合等离子光谱发生仪(ICP)测取反应后地层水中的离子种类及含量变化；
基于CO2地化反应前后地层水中离子种类及含量变化，推演地化反应化学方程式和反应产物，从而计算得到室内实验CO2地化反应固态产物质量，即室内实验CO2固态封存质量。
需要说明的是，反应釜可以采用如图6所示的反应釜，也可以采用常规反应釜，在此不做具体限制。
3)现场实际CO2埋存过程中矿化固态CO2埋存量计算
该现场实际CO2埋存过程中矿化固态CO2埋存量计算方法，具体包括：
计算室内实验CO2固态封存质量，并将其转化为标况下气体体积，记为GL，即实验室内测定的通过地化反应固态封存的CO2体积为GL；
基于不同时刻测定结果，可绘制矿化固态CO2埋存量随时间变化关系曲线(如图7)；
对矿化固态CO2埋存量随时间变化关系曲线和数据进行回归处理，可得到CO2埋存量随埋存时间变化回归公式，实现对CO2埋存过程中矿化固态CO2埋存量的预测。
需要说明的是，本发明中所述矿化固态CO2是指溶解在地层水中，并通过与储层岩石或流体中矿物发生化学反应，形成矿物沉淀，以固态形式封存在储层中的CO2，其折算体积记为VD。
更具体地，采用等比表面积的方法，将室内实验测定的CO2矿化固态埋存量应用到现场实际CO2水层埋存矿化固态CO2埋存量计算，具体地，根据测定的块状和粉末状样品比表面积、以及室内实验CO2地化反应固态产物质量，计算现场实际CO2埋存过程中矿化固态CO2埋存量，计算公式如式(5)所示。
VD为现场实际CO2埋存过程中矿化固态CO2埋存量，sm3；
GL为实验室内测定的通过地化反应固态封存的CO2体积，sm3；
SL为实验室内测定的岩样研磨成粉末后的比表面积，m2/kg；
ML实验过程中放入高温反应釜内岩样粉末质量，kg；
SC为目标埋存水层多孔介质比表面积，m2/kg；
MR为目标埋存水层岩石骨架质量，kg。
基于上述流程，先通过室内实验对矿化固态CO2埋存量进行标定，之后采用等比表面积的原理推广至现场实际矿化固态CO2埋存量计算，即为等比表面积标定的矿化固态CO2埋存量测定与计算方法。运用此方法，改变实验温度T、埋存压力P和地层水矿化度M和埋存时间t，即可得到现场实际复杂温压和矿化地层水条件下，不同埋存时间对应的矿化固态CO2埋存量VD-(P,T,M,t)。
实施例5
实际矿场应用过程中，CO2水层埋存总量为气态-超临界态、溶解态和矿化固态CO2埋存量之和。基于上述实施例，CO2水层埋存总量计算方法为：
V(P,T,M,t)＝VC-(P,T,M)+VS-(P,T,M)+VD-(P,T,M,t) (6)
V(P,T,M,t)为CO2水层埋存总量，sm3；
VC-(P,T,M)为气态-超临界态CO2埋存量，sm3；
VS-(P,T,M)为溶解态CO2埋存量，sm3；
VD-(P,T,M,t)为矿化固态CO2埋存量，sm3。
通过公式(6)，可以计算出埋存温度为T、埋存压力为P、地层水矿化度为M、埋存时间为t时刻时CO2水层埋存总量。
本发明通过一种水层中气态超临界态和溶解态CO2埋存量测定的实验装置100，所述模型主体1内具有圆柱形腔体14，所述圆柱形腔体14具有位于两端的第一端11和第二端12，所述圆柱形腔体14用于填充模型砂体，所述模型主体1的外侧贯设有多个监测口13；轴压加载***2安装在第二端12且将所述圆柱形腔体14分隔成第一腔141和第二腔142，所述轴压加载***2沿轴向贯设有采出口23，所述采出口23与所述第一腔141连通并穿过所述第二腔142伸出至外界，所述轴压加载***2用于对所述圆柱形腔体14内的模型砂体施加上覆压力；监测装置安装在所述多个监测口13，用于对所述监测口13处的电阻率变化进行监测以监测模型砂体内流体相态和含量的变化或者用于监测所述监测口13处的压力；旋转装置3安装在模型主体1上，用于带动所述模型主体1进行旋转至预设角度；上堵头结构4安装在所述第一端11，用于封闭所述第一端11，所述上堵头结构4沿轴向贯设有上注入口41和下注入口42，所述上注入口41和所述下注入口42沿上下方向间隔排布；下堵头结构5安装在所述第二端12，用于封闭所述第二端12，所述下堵头结构5沿轴向贯设有若干个沿上下方向排布的轴压注入口51和轴向放空口，所述下堵头结构5设于所述轴压加载***2与所述上堵头结构4相反的一侧，所述轴压注入口51和轴向放空口分别与所述第二腔142连通，用于向第二腔142注入流体或者释放流体；其中，所述第一腔141填充有所述模型砂体，如此可以考虑不同赋存状态下的CO2埋存量的实验。
进一步地，本发明提供了温度、压力和矿化度多因素影响下CO2水层埋存中气态-超临界态、溶解态和矿化固态CO2埋存量室内实验测定方法以及矿场CO2埋存量预测方法，解决了复杂温压和流体条件下CO2埋存量测定问题，实现了气态-超临界态、溶解态和矿化固态CO2不同赋存状态埋存量的准确测定，使得CO2埋存量测定方法更加条理化、清晰化和***化。进一步应用到矿场领域，实现了任意深度水层CO2埋存量的快速准确高效预测。本发明进一步完善了CO2埋存技术体系，为CO2埋存室内实验和现场实践提供了有效技术支撑。
显然，上述所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，可以做出其它不同形式的变化或变动，都应当属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种气态-超临界态CO2埋存量的确定方法，其特征在于，包括如下步骤：
采用抽真空饱和的方式，将CO2埋存模型饱和模拟地层水，并测定模型孔隙度。之后以驱替方式恒速向模型中注入模拟地层水，监测并记录模型注采两端压力变化，计算模型水测渗透率；
消除CO2溶解对气态-超临界态CO2埋存量测定结果的影响；
消除CO2地化反应产生矿物沉淀对气态-超临界态CO2埋存量测定结果的影响；
针对具有封闭边界或恒压边界的水层，计算气态-超临界态CO2埋存量；
根据计算得到的气态-超临界态CO2埋存量，构建气态-超临界态CO2埋存量随温压条件变化的图版；
根据气态-超临界态CO2埋存量随温压条件变化的图版、埋存温度为T、埋存压力为P、上覆岩层压力为PR、地层水矿化度为M时，得到室内实验测定的气态-超临界态CO2埋存量VC；
其中，所述CO2埋存模型包括：
圆柱形的模型主体，所述模型主体内具有圆柱形腔体，所述圆柱形腔体具有位于两端的第一端和第二端，所述圆柱形腔体用于填充模型砂体，所述模型主体的外侧贯设有多个监测口；
轴压加载***，安装在第二端且将所述圆柱形腔体分隔成第一腔和第二腔，所述轴压加载***沿轴向贯设有采出口，所述采出口与所述第一腔连通并穿过所述第二腔伸出至外界，所述轴压加载***用于对所述圆柱形腔体内的模型砂体施加上覆压力；
监测装置，安装在所述多个监测口，用于对所述监测口处的电阻率变化进行监测以监测模型砂体内流体相态和含量的变化或者用于监测所述监测口处的压力；
旋转装置，安装在模型主体上，用于带动所述模型主体进行旋转至预设角度；
上堵头结构，安装在所述第一端，用于封闭所述第一端，所述上堵头结构沿轴向贯设有上注入口和下注入口，所述上注入口和所述下注入口沿上下方向间隔排布；以及，
下堵头结构，安装在所述第二端，用于封闭所述第二端，所述下堵头结构沿轴向贯设有若干个沿上下方向排布的轴压注入口和轴向放空口，所述下堵头结构设于所述轴压加载***与所述上堵头结构相反的一侧，所述轴压注入口和轴向放空口分别与所述第二腔连通，用于向第二腔注入流体或者释放流体；
其中，所述第一腔填充有所述模型砂体。
2.如权利要求1所述的气态-超临界态CO2埋存量的确定方法，其特征在于，所述轴压加载***包括：
轴压加载结构，容置于所述圆柱形腔体，以将所述圆柱形腔体分隔成所述第一腔和所述第二腔，所述轴压加载结构沿轴向贯设有所述采出口；以及，
筛网压板，安装在所述轴压加载结构靠近所述第一端的端部，且所述筛网压板盖设在所述采出口的外缘，用于防止采出过程中所述第一腔内的模型砂体的颗粒进入并堵塞所述采出口。
3.如权利要求1所述的气态-超临界态CO2埋存量的确定方法，其特征在于，所述监测口的数量为八个，八个监测口均匀排布在模型主体的外侧。
4.如权利要求1所述的气态-超临界态CO2埋存量的确定方法，其特征在于，所述监测口安装有集成了电极探针和压力传感器的监测探头。
5.如权利要求1所述的气态-超临界态CO2埋存量的确定方法，其特征在于，所述针对具有封闭边界或恒压边界的水层，计算气态-超临界态CO2埋存量的步骤，包括：
对于具有封闭边界的水层，采用只注不采的方式，以实验设定注入速度q通过气体流量控制器恒速向CO2埋存模型的上注入口注入CO2，在此过程中采出口关闭不排水；
实时动态监测并记录多个监测口位置电阻率和压力数据，持续注入CO2直至上注入口和多个监测口中的任意一个达到上限压力PU，停止注入，记录注入时间t。将模型静置，待模型中流体和压力稳定后，分别读取CO2埋存模型的压力点；
对于具有封闭边界的水层，埋存上限压力为PU时，气态-超临界态CO2埋存量VC为：
VC为气态-超临界态CO2埋存量，sm3(20℃，1atm标况下体积，下同)；
q为CO2注入速度，sm3/min；
t为CO2注入时间，min；
VPVL为砂体模型孔隙体积，m3；
为埋存压力为/>时CO2在模拟地层水中的溶解度sm3/m3；
SP为出口端回压为P时CO2在模拟地层水中的溶解度sm3/m3。
6.如权利要求1所述的气态-超临界态CO2埋存量的确定方法，其特征在于，所述针对具有封闭边界或恒压边界的水层，计算气态-超临界态CO2埋存量的步骤，包括：
对于具有恒压边界的水层，将模型出口端的压力设定为P，模拟恒压边界条件，将轴压加载***的压力设定为PR，模拟上覆岩层压力；采用驱替的方式从CO2埋存模型的上注入口注入CO2，控制CO2注入速度为q并保持恒定；从CO2埋存模型的采出口采出地层水，模拟CO2埋存过程中地层水向水体流动的反向水侵过程；
实时动态监测并记录各测点位置电阻率和压力数据；通过多个监测口电阻率数据变化追踪注入CO2波及规律。当最靠近采出口的监测口监测到的平均电阻率降为初始饱和地层水时电阻率的0.5倍，且注入CO2尚未从采出口突破时，停止CO2注入，关闭采出口阀门。此时注入的CO2到达或接近采出口但尚未从采出口突破，此过程用于模拟实际水层注入的CO2运移至水层与水体交界处但尚未进入水体的过程；
计量累积产出水量VWL，记录CO2注入时间t。将模型静置1h，待模型中流体和压力稳定后，分别读取CO2埋存模型的压力点(多个监测口以及上注入口、采出口，在本实施例中，压力点包括8个压力监测口、上注入口、以及采出口)的压力数据，取其平均值作为CO2埋存压力，记为则具有恒压边界的水层气态-超临界态CO2埋存量VC为：
VWL为累积产出水量，m3；
VC为气态-超临界态CO2埋存量，sm3；
q为CO2注入速度，sm3/min；
t为CO2注入时间，min；
VPVL为砂体模型孔隙体积，m3；
为埋存压力为/>时CO2在模拟地层水中的溶解度sm3/m3；
SP为出口端回压为P时CO2在模拟地层水中的溶解度sm3/m3。
7.如权利要求1所述的气态-超临界态CO2埋存量的确定方法，其特征在于，所述根据气态-超临界态CO2埋存量随温压条件变化的图版、埋存温度为T、埋存压力为P、上覆岩层压力为PR、地层水矿化度为M时，得到室内实验测定的气态-超临界态CO2埋存量VC的步骤之后，所述确定方法还包括：
考虑温度、压力和矿化度影响的水层中气态-超临界态CO2埋存量记为VC-(P,T,M)；基于室内实验测定的气态-超临界态CO2埋存量VC，埋存温度为T、埋存压力为P、地层水矿化度为M时矿场实际中气态-超临界态CO2埋存量VC-(P,T,M)计算方法为：
VC-(P,T,M)为矿场实际水层气态-超临界态CO2埋存量，sm3；
VC为室内实验测定气态-超临界态CO2埋存量，sm3；
VPVL为砂体模型孔隙体积，m3；
VPVR为矿场实际水层孔隙体积，m3。
8.如权利要求1所述的气态-超临界态CO2埋存量的确定方法，其特征在于，所述消除CO2溶解对气态-超临界态CO2埋存量测定结果的影响的步骤，包括：
在明确目标埋存水层上覆岩层压力为PR的基础上，将CO2埋存模型保持在实验设定温度T，CO2埋存模型的轴压加载***的压力设定为PR；
采用驱替的方式从CO2埋存模型的下注入口注入饱和CO2地层水，设置模型出口端回压为P，并从采出口采出不含CO2的地层水；
在累积注入10.0PV饱和CO2地层水时，完成饱和CO2地层水置换。
9.如权利要求8所述的气态-超临界态CO2埋存量的确定方法，其特征在于，所述消除CO2地化反应产生矿物沉淀对气态-超临界态CO2埋存量测定结果的影响的步骤，包括：
在完成饱和CO2地层水置换过程后，在实验设定温度T条件下将CO2埋存模型带压静置，让CO2埋存模型中的模型砂体和溶解的CO2充分反应；采用驱替的方式从CO2埋存模型的下注入口重新注入饱和CO2地层水，并从采出口采出CO2地化反应后的地层水，在此过程中轴压加载***和模型出口端的压力分别设定为PR和P；累积注入10.0PV，完成饱和CO2地层水二次置换。
10.一种CO2水层埋存总量的确定方法，其特征在于，包括如权利要求1至9任意一项所述的气态-超临界态CO2埋存量的确定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311518852.5A CN117536606A (zh) | 2023-10-12 | 2023-10-12 | 一种气态-超临界态co2埋存量的确定方法 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311319476.7A CN117433972A (zh) | 2023-10-12 | 2023-10-12 | 一种实验装置及co2水层埋存总量的确定方法 |
| CN202311518852.5A CN117536606A (zh) | 2023-10-12 | 2023-10-12 | 一种气态-超临界态co2埋存量的确定方法 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311319476.7A Division CN117433972A (zh) | 2023-10-12 | 2023-10-12 | 一种实验装置及co2水层埋存总量的确定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117536606A true CN117536606A (zh) | 2024-02-09 |
Family
ID=89557509
Family Applications (4)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311518852.5A Pending CN117536606A (zh) | 2023-10-12 | 2023-10-12 | 一种气态-超临界态co2埋存量的确定方法 |
| CN202311319476.7A Pending CN117433972A (zh) | 2023-10-12 | 2023-10-12 | 一种实验装置及co2水层埋存总量的确定方法 |
| CN202311514953.5A Pending CN117665056A (zh) | 2023-10-12 | 2023-10-12 | 基于电阻率法的地层水中溶解态co2埋存量的确定方法 |
| CN202311518799.9A Pending CN117629816A (zh) | 2023-10-12 | 2023-10-12 | 等比表面积标定的矿化固态co2埋存量的确定方法 |
Family Applications After (3)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311319476.7A Pending CN117433972A (zh) | 2023-10-12 | 2023-10-12 | 一种实验装置及co2水层埋存总量的确定方法 |
| CN202311514953.5A Pending CN117665056A (zh) | 2023-10-12 | 2023-10-12 | 基于电阻率法的地层水中溶解态co2埋存量的确定方法 |
| CN202311518799.9A Pending CN117629816A (zh) | 2023-10-12 | 2023-10-12 | 等比表面积标定的矿化固态co2埋存量的确定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (4) | CN117536606A (zh) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117949615B (zh) * | 2024-03-27 | 2024-06-07 | 中国石油大学(华东) | 烟道气在含水层中组分分离的实验装置及实验方法 |
-
2023
- 2023-10-12 CN CN202311518852.5A patent/CN117536606A/zh active Pending
- 2023-10-12 CN CN202311319476.7A patent/CN117433972A/zh active Pending
- 2023-10-12 CN CN202311514953.5A patent/CN117665056A/zh active Pending
- 2023-10-12 CN CN202311518799.9A patent/CN117629816A/zh active Pending
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117665056A (zh) | 2024-03-08 |
| CN117433972A (zh) | 2024-01-23 |
| CN117629816A (zh) | 2024-03-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN103630659B (zh) | 地下水原位化学和生物修复模拟试验方法 | |
| CN108956435B (zh) | 一种高温高压储层溶蚀的模拟实验方法和装置 | |
| CN104563982B (zh) | 高温高压凝析气藏注干气纵向波及效率测试装置及方法 | |
| CN104807961B (zh) | 带有井管的人工岸带污染物迁移转化室内模拟装置 | |
| CN117536606A (zh) | 一种气态-超临界态co2埋存量的确定方法 | |
| WO2017096489A1 (en) | Measuring and monitoring a body of granular material | |
| CN105277660A (zh) | 监测不同钻采方法下水合物分解区域的装置及方法 | |
| CN109519156A (zh) | 一种边水砂岩气藏水驱剖面模型渗流实验方法 | |
| CN110031369A (zh) | 复杂地层水下泥水盾构泥膜形成模拟装置及模拟方法 | |
| CN112526103B (zh) | 一种碳酸盐岩储层准同生岩溶定量评价方法及*** | |
| Liao et al. | Investigation of water–rock interactions in Cambrian black shale via a flow-through experiment | |
| CN111894529A (zh) | 可燃冰开采泄漏模拟及环境参数定量反演的***与方法 | |
| CN105334142A (zh) | 一种用于模拟盾构泥膜形成的实验装置 | |
| CN105405347B (zh) | 一种内陆含水***咸淡水交互驱替模拟装置及模拟方法 | |
| US20170282228A1 (en) | Method and means for treatment of soil | |
| CN204436354U (zh) | 高温高压凝析气藏注干气纵向波及效率测试装置 | |
| Koochakzadeh et al. | Acid pre-flushing evaluation before pH-sensitive microgel treatment in carbonate reservoirs: Experimental and numerical approach | |
| CN113156080B (zh) | 一种模拟底辟活动对水合物成藏影响规律的装置及方法 | |
| CN109030290B (zh) | 一种变水头条件下地下水中盐分运移试验平台 | |
| Xu et al. | Experimental and numerical investigation of supercritical CO2 migration in sandstone with multiple clay interlayers | |
| CN104007051A (zh) | 超声波控制的土柱压力室*** | |
| Grifka et al. | Fines migration poses challenge for reservoir-wide chemical stimulation of geothermal carbonate reservoirs | |
| CN113464108B (zh) | 一种水驱气藏衰竭式水侵开发物理模型实验方法 | |
| CN202710440U (zh) | 一种黏性土试样的性能测试装置 | |
| CN209087248U (zh) | 一种探究越流***中粘土阻滞作用的模拟装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |