含水层压缩空气储能过程中储层渗流特性及地球化学过程研究进展

含水层压缩空气储能(compressed air energy storage in aquifer, CAESA)是实现“双碳”目标的重要途径,储层中的渗流条件及地球化学过程是其能否规模化应用的先决条件. 本文在文献计量学分析基础上,系统归纳技术发展历程及场地探索案例,全面整理CAESA过程中储层渗流条件的前期研究,以地球化学过程为关注重点总结储层渗流条件的变化特征,提出相应的研究展望. 结果表明:①渗透率、孔隙度通过影响储存气囊压力的稳定性进而决定系统性能,其中渗透率存在适宜区间,渗透率较低将限制气体循环,渗透率较高则不利于维持气囊压力. ②应力变化及地球化学过程均会引起储层渗流条件的变化,地球化学过程影响途径主要包括原生矿物溶解、次生矿物沉淀及氧化反应,CO₂组分参与的水-岩反应对储层具有重要影响. 为实现对于储层渗流特性的认识突破,未来应以储层渗流条件、压缩空气储存机制为研究重点,充分结合试验、数值模拟等技术手段,进一步关注储能模式下储层渗流条件变化及非均质性影响,加强针对压缩空气在储层中的动力学、热力学行为研究,明晰地球化学过程对储层条件的关键影响,从储层角度论证大规模储能应用的高效可行.      

储层物性参数对CO_2长期封存能力的影响研究

为系统研究储层物性参数对CO_2捕集机制的影响,根据鄂尔多斯盆地神华10万t/a CCS示范工程实际注入层的地质条件,运用TOUGHREACT软件建立了二维径向模型,探讨了温度、孔隙度、储层厚度、储层渗透率、残余水饱和度、压力、残余气饱和度、初始盐度、毛细压力和储层非均质性等储层物性参数对CO_2长期封存能力的影响。结果表明:温度、孔隙度、储层厚度、储层渗透率是影响CO_2矿物捕集量的主要控制因素;高毛细压力较低毛细压力使CO_2羽的分布更为均匀,有利于CO_2的矿物捕集。通过计算CO_2矿物捕集量对储层各物性参数的平均敏感度,评估了实际储层的CO_2矿物捕集能力,可为CCS实际工程的适宜性评价和选址提供科学依据。     

热-水-力耦合条件下花岗岩裂隙开度的变化

地质选址考察和地基分析对地下空间工程建设十分重要。以浙江舟山地区花岗岩为样本,在地质勘测的基础上对热-水-力耦合条件下岩体裂隙的开度进行了数值模拟分析与计算。结果表明：在热-水耦合条件下,花岗岩裂隙的开度随着时间的增加先迅速增大,然后趋于稳定,距裂隙入口20 mm处热应变增大明显,但热应变范围在10^-5量级;在热-水-力耦合条件下,5 MPa围压下岩体裂隙变形程度较3 MPa围压下更大,裂隙的开度受耦合作用影响显著,裂隙的开度随着围压的增大而不断减小,导致花岗岩裂隙内部渗流能力降低。该研究结果可为花岗岩岩体裂隙稳定性研究提供参考。     

渝东黄龙组碳酸盐岩储层的古岩溶特征和岩溶旋回

通过近百口全取芯钻井岩芯的岩石学、矿物学、古生物学和地球化学特征的综合研究 ,认为渝东及相邻川东地区的上石炭统黄龙组碳酸盐岩储层主要为古岩溶作用产物。文中简要介绍了黄龙组古岩溶型储层的主要识别标志和岩溶角砾岩的结构 成分分类方案 ,重点对岩溶相、岩溶地貌分区和微地貌单元、岩溶旋回和溶蚀段划分进行了较为详细的描述。在此基础上 ,建立了渝东黄龙组岩溶相、古岩溶地貌和岩溶旋回与古岩溶储层特征和分布关系的综合模式 ,指出岩溶斜坡和岩溶盆地分区中的坡地与残丘微地貌单元为最有利储层发育的部位 ,发育于C2 h2 白云岩段中的上部溶蚀段和下部溶蚀段为最有利古岩溶储层发育的层位     

黏土矿物组合类型对盖层封闭性的影响

在CO2地质封存中,封存的安全性备受关注。本文根据我国主要含油气盆地盖层中黏土矿物的组合特征,总结了5种常见的盖层黏土矿物组合类型,并以鄂尔多斯盆地为例,运用Toughreact软件建立了一维储盖层模型,研究了不同黏土矿物组合类型对盖层的溶蚀与自封闭效应的影响。结果表明:黏土矿物组合类型不同,引起的CO2-水-岩石的地球化学反应不同,导致盖层渗透率发生不同程度的变化,从而影响盖层的封闭性;ISCK、ISK组合以自溶蚀作用为主,尤其是ISCK组合自溶蚀效应最严重,不利于CO2的地质封存;ISC、IKC、IC组合以自封闭作用为主,其中IC组合渗透率最大减小14%,对盖层的封闭性有积极的意义。在此基础上,对我国南方5个盆地盖层的封闭性进行了初步评价,以期为我国盆地CO2地质封存的适宜性评价提供参考。     

论里海沿岸盆地碳酸盐岩储集层中的超储层

超储层,即具有超高渗透率的水平板状岩层,在烃藏形成中具有重要意义。超储层分为两类:水平-裂隙-板状超储层和块状疏松超储层。超储层具有比围岩储层高几个数量级的渗透率,是烃进入岩体的主要输送系统,厚度为0.1—3.5m。本文对所提出的里海沿岸盆地大型碳酸盐岩储集层中具有超储层的模型进行了讨论分析。认为,在制定阿斯特拉罕和卡拉恰干纳克油气田的开采规划时,对水平-板状超渗透超储层这一概念必须持批判性的明智态度。     

安徽石台中生代花岗岩类地球化学特征

安徽石台地区出露的牯牛降(东库)、谭山岩体可划分为4个侵入期次,从早到晚岩性变化趋势为中粒似斑状(二长)花岗岩→中(中粗)粒正长花岗岩→中细粒似斑状(正长)花岗岩→细(微)粒似斑状钾长花岗岩。岩石化学特征显示均为高钾钙碱性系列;微量元素地球化学特征表明,牯牛降(东库)、谭山岩体微量元素总体具相似特征,都富集大部分亲石元素,K/Rb比值低而Rb/Sr比值高;微量元素原始地幔标准化蛛网图总体略显右倾,均具有高Rb低Ba、Sr、Ti的特征。牯牛降(东库)和谭山岩体稀土元素球粒陨石标准化配分模式图均为右倾海鸥型,均具有较强的Eu亏损。研究认为牯牛降(东库)岩体和谭山岩体成岩物质主要来源于上地壳的部分熔融,成岩的地球动力学背景为碰撞造山后挤压收缩向拉张伸展的转变,与中国东部此时发生构造大转折、岩浆活动和成矿作用大爆发基本一致。     

西藏地热系统的稀碱金属特征及开发利用潜力

西藏地热系统中发现地热流体稀碱金属含量的世界最高值以及喜马拉雅地热带最大水热系统羊八井地热田的稀碱金属测定,为研究全球唯一陆壳相聚超厚地壳上喜马拉雅地热带的特殊热源机制提供了令人信服的地球化学依据。羊八井电厂热排水回收稀碱金属也为综合利用地热流体,消除环境污染,提高电厂经济效益创造了不可多得的机遇和方案选择。     

不同岩性试片溶蚀速率差异及意义

评价岩性对溶蚀速率的影响有助于提高岩溶碳汇强度估算精度,对当前全球气候变化研究意义重大。本文通过在山西晋中盆地西南,吕梁山东侧的半干旱岩溶区典型小流域开展标准试片与当地试片的对比溶蚀试验研究,结果显示当地试片的溶蚀速率(0.122 3~0.532 8mg/(cm2·a)和岩溶碳汇强度(1.713tCO2/(km2·a))明显小于标准试片(0.254 7~0.551 1mg/(cm2·a)和1.821tCO2/(km2·a)),表明使用标准溶蚀试片法会使岩溶碳汇强度被高估。当地试片的溶蚀速率与酸不溶物含量呈负相关关系,进一步表明当地试片酸不溶物含量(2.58%~10.86%)大于标准试片(3%)是造成其溶蚀速率和岩溶碳汇强度小于标准试片的重要原因。也就是说,由于埋放地地层岩性与标准溶蚀试片岩性特征存在差异,不同地区均采用埋放标准试片的溶蚀实验方法来研究岩溶碳汇效应会产生较大的误差。因此,为了更加精确的计算岩溶碳汇量,后期研究中有必要使用埋放地的岩性试片来替代标准溶蚀试片。     

俄罗斯滨海区两种类型的锂-氟稀有金属花岗岩

业已确定，兴凯岩体沃兹涅先斯克构造的锂－氟花岗岩属于S型，而东锡霍特区季格林构造的花岗岩则属于A型。证实了第一种类型花岗岩的流变成因和第一种类型花岗岩形成于熔体的结晶作用。采用温压地球化学方法，测定了矿石－岩浆体系在不同构造中形成时深部流体成分的差别和该成分在时间上的变化特征。探讨了伴随沃兹涅先斯克和季格林构造花岗岩的形成过程金属矿化产生差异的原因。