[发明专利]一种确定CO2埋存泄漏风险监测点的方法

摘要

本发明公开了一种确定CO₂地质埋存泄漏风险监测点的方法，设计了基于建立的精细地质模型，采用油藏数值模拟方法，通过历史拟合获得目标油藏当前的流体场、压力场以及地应力场；依次建立断层、井筒、盖层泄漏模型；基于数值模拟拟合得到的储层参数，结合建立的各种渗漏模型，进行CO₂泄漏风险分析，确定CO₂可能发生泄漏的风险区域、泄漏方式、以及预计的泄漏量；并在此基础上，进行CO₂泄漏监测方案制定。本方案的有益效果可根据对上述方案的叙述得知，能够有效预防和监控CO₂渗漏，保证CO₂地质埋存的有效性、安全性和持久性，避免监测点布设重复和监测费用浪费。

主权项

1.一种确定CO₂埋存泄漏风险监测点的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：根据测井数据以及小层分布、储层物性的前期认识，建立目标油藏的精细地质模型，详细刻画目标储层的包括孔隙度、渗透率、高渗通道的非均质性以及断层分布及渗透性、开启状态；步骤2：采用油藏数值模拟方法进行目标油藏的生产历史、地层压力拟合，得到目标油藏目前的流体场、压力场和应力场；步骤3：考虑固井质量、井下腐蚀情况，建立泄漏模型，具体为：步骤3.1：建立井筒完整性破坏及CO₂泄漏模型：步骤3.1.1：CO₂井筒渗流模型假设：（1）水泥环为均质的、各向同性的刚性多孔介质；（2）CO₂的注入和渗漏过程是等温的，忽略地层温度梯度对流体物性的影响；（3）流体的密度和黏度是常数；（4）CO₂和盐水为两不混溶相；步骤3.1.2：CO₂通过水泥环渗入上部环空情形：（1）模型描述假设一埋存CO₂沿不连续渗漏途径运移的渗漏模型，CO₂的渗漏途径包括两部分：CO₂在底部水泥环缝隙中的运移和上部饱和水多孔介质中的运移；CO₂运移到渗漏点时的时间点记为t_开始，随着CO₂的不断注入，渗漏点处压力逐渐升高；停止CO₂注入时，渗漏点处压力逐渐恢复；（2）模型求解用一简化的数学模型来表示CO₂在水泥环中的渗漏过程，在压差和浮力作用下，CO₂通过套管间的水泥环和地层流体进入到顶部环空；不考虑毛管力对CO₂运移的影响；气体的流动速度与渗漏通道的渗透率、水泥环的横截面积及水泥环的长度有关，渗漏的驱动力主要由水泥环底部及其顶部的压力差决定；步骤3.1.3：胶结面失效导致CO₂渗漏情形：（1）模型描述将此渗漏模型简化为一薄壁圆管柱，管壁即为渗漏通道；（2）模型假设将渗漏模型简化为有一定厚度的圆管，管壁为渗漏途径，即CO₂仅通过管壁运移，且管壁均质、各向同性；假设在运移过程中CO₂的物性保持不变；不考虑毛管力对CO₂运移的影响；（3）模型求解将因胶结失效导致的渗漏通道简化为一渗透率较高的薄水泥环，假设流体在其中的流动满足达西定律；步骤3.1.4：部分水泥环胶结失效情形在逃逸过程中，由于上部完整性盖层的遮挡作用， CO₂流发生横向运移，从而阻止CO₂的漏失，起到了安全埋存的目的；步骤3.2：考虑盖层的地层破裂压力及毛管力的封挡能力，建立盖层破裂及CO₂泄漏模型：（1）模型描述薄储层的存在降低了盖层的压力积聚，从而可能导致埋存的CO₂渗漏事故的发生；（2）模型假设假设渗漏区为一等效圆形区域，埋存的CO₂只通过该圆形区域渗漏，且该区域之外的上覆盖层密封性能良好，不发生CO₂的渗漏；假设渗漏区域是均匀的、各向同性的多孔介质，且CO₂物性在运移过程中不发生变化；（3）模型求解储层中埋存的CO₂通过上覆盖层发生渗漏时，将渗漏区假设为一等效圆形区域，不考虑毛管力对CO₂运移的影响，流体流动满足达西定律；步骤3.3：基于地应力及断层面密封方式，建立断层的开启及CO₂泄漏模型：步骤3.3.1：判断断层开启条件：当流体压力大于或等于断层面上的正压应力时，断层就可以张开而成为油气运移的通道，否则就成为油气的遮挡边界；在盆地内垂向主应力为重力应力，水平方向的主应力为重力应力和构造应力的代数和；步骤3.3.2：CO₂泄漏速度计算：对于有效渗漏长度为L，有效输导面积为A，倾角为a的断层而言，若假设断层派生裂缝的物性为均质，则生物气在断层内的流动所受的阻力处处相等且渗透率处处相等，以此计算；步骤4：基于井筒完整性破坏及CO₂泄漏模型，结合数值模拟历史拟合获得的地层流体、储层压力、地应力分布数据以及井筒完整性探测结果，进行目标油藏各注入井和生产井的CO₂泄漏风险分析，判断井筒的完整性，确定CO₂泄漏容易发生的位置、泄漏方式、泄漏速度及泄漏量；步骤5：基于盖层破裂及CO₂泄漏模型，结合数值模拟历史拟合获得的流体、地层压力、地应力分布数据，判断盖层破裂以及流体突破盖层毛管力束缚的情况，进行盖层封挡CO₂泄漏风险分析，确定CO₂泄漏容易发生的位置、泄漏方式、泄漏速度及泄漏量；步骤6：基于断层开启及CO₂泄漏模型，结合数值模拟历史拟合获得的地层流体、储层压力、地应力分布数据，判断目标油藏中断层的开启情况，并进行CO₂泄漏风险分析，确定泄漏容易发生的位置、泄漏方式、泄漏速度及泄漏量；步骤7：综合以上断层、井筒及盖层泄漏风险分析结果，对容易发生泄漏风险的位置进行风险等级划分和排序，确定进行CO₂泄漏监测的风险点；步骤8：根据确定的CO₂泄漏风险点及风险等级，进行目标油藏的CO₂泄漏监测方案的制定，包括监测对象、监测指标、监测频率。