论文部分内容阅读
页岩气藏的"三低一高"（低压、低孔、低渗和高含黏土）的特点使其具有开发难度较大、开发成本高的特征。实践表明,90%的页岩气藏开发都需要采用压裂才能具有产能,而常规水力压裂的压裂水进入页岩储层后常常会将会与储层中的黏土矿物发生水敏而引起储层污染和井下事故。另外,水力压裂的巨大耗水量也对水资源和环境都造成了很大的压力。通过综合分析页岩气及储层特征,结合超临界CO2流体的特性,对比CO2和CH4与页岩储层的吸附能力,发现利用超临界CO2可有效进行储层改造和开采页岩气,并通过吸附解吸页岩气提高页岩气采收率,同时也能实现CO2在页岩储层中的有效地质封存。但是目前对采用CO2开采页岩气只停留在概念上,对其可行性和安全性研究还缺乏深入研究。本论文的目的是通过CO2在页岩储层中的性能研究、结合CO2与CH4在页岩中的吸附解吸行为和CO2开采页岩气的数值模拟研究结果,确定利用超临界CO2开采页岩气的可行性。通过CO2在页岩气井中的安全风险评价,结合CO2对页岩气井井筒及地面设施的腐蚀及防护实验,研究CO2开采页岩气过程中的安全性,揭示超临界CO2开采页岩气的可行性和安全性,为我国页岩气藏开发方案和安全保证提供一定的理论基础和技术支持。论文主要开展了以下工作:（1）通过页岩气藏条件下CO2性能研究,得出CO2随温度压力的变化其体积很容易受到压缩或膨胀,当环境条件远超过CO2临界条件时,密度大的CO2会对页岩气有阻溶的作用。CO2-页岩气多元体系相图研究结果显示,两相区越向左下方偏移,两相区逐渐变宽,将容易发生反凝析现象。（2）CO2与CH4在页岩中的吸附解吸实验结果表明,CO2在页岩中的吸附能力远大于CH4的吸附能力,因此利用CO2开采页岩气时可有效利用二者的吸附解吸能力差异进行开采页岩吸附气。CO2强化开采页岩气数值模拟研究结果表明,利用CO2开采页岩气的方案比衰竭式开发页岩气的方案采收率提高4.86%,同时开采后基质和裂缝中CO2含量均较大,说明进行超临界CO2提高页岩气采收率同时进行CO2地质封存是可行的。（3）针对CO2开采页岩气项目可能涉及到的风险,从风险因素识别、风险因素分析、风险因素评价和风险应对四个层面进行了研究。采用文献分析法确立了 CO2开采页岩气过程主要应先因素,得到了适合中国发展CO2开采页岩气过程可能面临的19项主要风险问题。基于模糊评价法得到了 CO2开采页岩气项目隶属度为2.8105,说明CO2开采页岩气过程的风险程度为中等偏下,最高的风险水平是投资风险,而技术风险次之。基于风险分析评价结果,在应对CO2泄露方面提出了应对措施,并从技术层面提出加强开发过程进行腐蚀抑制措施的必要性。（4）参考国内外典型气藏工艺条件并确定了腐蚀环境模拟数据,腐蚀因素分析实验结果表明90℃时容抗弧直径明显比60℃时小很多,而Corri（90）/Corri（60）随着pH值的降低而升高。腐蚀钢片表面产物膜SEM电镜元素分析结果表明,腐蚀产物膜主要是Fe、C、O三种元素,说明腐蚀主要由CO2引起,推测CO2腐蚀产物膜主要是FeCO3及Fe3O4。腐蚀的电化学反应过程最先由CO2离子化引起。（5）为了抑制CO2引起的腐蚀,制备了 PBTCA@HP-CD包合物,并通过红外光谱与扫描电子显微镜得到了结构确认。PBTCA@HP-CD包合物的缓蚀性能评价实验结果表明,EIS和极化曲线评价结果显示包合物较单一的2-膦酸基-1,2,4-三羧酸丁烷有更好的缓蚀效果,PBTCA@HP-CD包合物取得了超过了 90%的缓蚀效率。基于上述研究,认为CO2开采页岩气机理上是可行的,风险因素分析虽然给出了投资和腐蚀的严重性,但腐蚀方面可通过加缓蚀剂手段得到解决。