[發明專利]利用核磁共振技術在線監測二氧化碳運移及地質封存的系統和方法

有效

• 申請號: 202110488679.3
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113218821B
• 公開（公告）日: 2023-03-14
• 發明（設計）人: 戴彩麗;孫鑫;孫永鵬;于志豪;由慶;趙明偉;趙光;吳一寧;李琳
• 申請（專利權）人: 中國石油大學（華東）
• 主分類號: G01N13/00
• 分類號: G01N13/00;G01N24/08
• 代理公司: 北京潤平知識產權代理有限公司 11283
• 代理人: 劉依云;張慧汝

本發明涉及二氧化碳在地質儲層中的空間運移分析技術領域，公開了一種利用核磁共振技術在線監測二氧化碳運移及地質封存的系統和方法。所述利用核磁共振技術在線監測二氧化碳運移及地質封存的系統包括巖心雙向驅替單元、溫度壓力一體化控制單元和核磁共振在線監測數據處理單元，所述方法包括巖心飽和地層水及計算巖心滲透率、壓縮二氧化碳的正向注入、燜井、地層水的反向注入以及巖心中流體核磁共振信號的監測和采集。采用本發明提供的系統和方法，能夠直觀觀察巖心不同孔隙直徑大小的孔隙在不同流體注入階段的含水量，并對二氧化碳與地層水在儲層中運移及分布數據進行實時計算，進而實現對二氧化碳與地層水在儲層中具體運移及分布涉及的微觀孔道和位置的定量精確測量和描述。

技術領域

本發明涉及二氧化碳在地質儲層中的空間運移分析技術領域，具體涉及利用核磁共振技術在線監測二氧化碳運移及地質封存的系統和方法。

背景技術

自工業革命以來，科學技術的迅速發展以及工業化進程的加快使得人類的生活水平得到了很大的提升。但隨著社會發展而引發的自然環境的惡化也日益嚴重，其中包括煤、石油等化石能源的燃燒產生的溫室氣體所引發的全球氣候變暖問題已成為21世紀人類面臨的重大挑戰，而在排放的各種溫室氣體中，二氧化碳大約占溫室氣體總量的65％，是主要的溫室氣體。人為溫室氣體排放越多，增溫幅度就越大。全球溫度的升高將會導致人類自身賴以生存的生態環境的惡化，給人類和自然生態系統帶來災難性的后果，成為影響世界經濟秩序和國際關系的一個重要因素。而通過將二氧化碳注入地下儲存于相對封閉的地質構造中，即二氧化碳地質封存，從而減少二氧化碳向大氣中的人為排放，是目前國際社會公認的有效、直接的二氧化碳減排手段之一。

二氧化碳地質封存通常發生在廢棄或高含水油氣藏及其他地層深部水層中，其封存形式主要包括氣體封存、溶解態封存和礦物態封存三種。氣體封存是指超臨界二氧化碳被注入地層后，在高溫高壓條件下，能夠以自由態形式存在于地層中。溶解態封存是指隨著時間推移，二氧化碳與咸水的界面上會達到兩相平衡，這個過程中，儲集巖孔隙中運移的氣態二氧化碳在與深部咸水層接觸時溶解在其中，在地層中以溶解態二氧化碳的形式運移和埋存。礦物態封存是溶解二氧化碳通過與儲層中礦物反應，形成碳酸鹽類物質，最終以礦物沉淀形式被固定下來。

超臨界二氧化碳注入深部咸水層之后，其具體封存形式及不同封存形式之間的轉化機理主要有：構造地層封存機理、毛細封存機理、溶解封存機理和礦物封存機理。其中，構造地層封存機理主要是指注入的二氧化碳在上覆不滲透蓋層的阻擋作用下，無法進行橫向和側向遷移而被滯留在蓋層下部，從而形成構造地層圈閉進行的封存；毛細封存機理指由于超臨界二氧化碳與咸水具有不同的浸潤性，在氣液相界面的表面張力作用下，超臨界二氧化碳被長久地滯留在儲層介質的孔隙中進行的封存；溶解封存機理指二氧化碳氣體或超臨界流體溶解在地下水中，以水溶液形式進行的封存；礦物封存機理是指溶解于地層水的二氧化碳，通過改變地層水的pH值，破壞地層原有平衡狀態，導致儲層中礦物發生溶解反應，并產生新的碳酸鹽沉淀礦物進行的封存。這其中，無論是何種儲層、何種封存方式、何種封存機理，都涉及二氧化碳在儲層中的運移和運移狀態。因此，注入地層的二氧化碳與地層水的運移和分布規律的相關研究對全面準確認識碳封存及提高二氧化碳封存量都是至關重要的。