劉樹陽, 孫寶江, 宋永臣, 張 毅

(1.非常規(guī)油氣開發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國石油大學(xué)(華東)),山東青島 266580;2.中國石油大學(xué)(華東)石油工程學(xué)院,山東青島 266580;3.大連理工大學(xué)能源與動(dòng)力學(xué)院,遼寧大連 116024)

CO2提高天然氣采收率(CO2enhanced gas recovery, CO2-EGR)技術(shù)既能提高天然氣產(chǎn)量,又可以地質(zhì)封存CO2,是一項(xiàng)潛力巨大的二氧化碳捕集、利用與封存(CCUS)技術(shù)[1-3]。自20世紀(jì)90年代CO2-EGR技術(shù)概念[4]提出至今,研究人員首先通過大量模擬研究,證明了CO2-EGR技術(shù)及其經(jīng)濟(jì)可行性[5-9]。研究表明過早地注入CO2有增大產(chǎn)氣速率的效果[10],而儲(chǔ)層非均質(zhì)性會(huì)導(dǎo)致快速流道的形成,造成CO2過早突破[4],地層水的存在,可以溶解CO2,緩解非均質(zhì)性引起的CO2過早突破不利影響[11-13]。井網(wǎng)布局對采收率的提高也發(fā)揮重要作用,增大CO2注入井與CH4產(chǎn)氣井之間的距離,可以增加天然氣產(chǎn)量[13],注入井和生產(chǎn)井射孔均布置在最低滲透率層中,有利于提高CO2埋存量[14]。此外,水驅(qū)型氣藏中黏性重力比也是影響CO2驅(qū)替天然氣的重要因素[15]。上述研究探究了諸多因素的影響,但是CO2驅(qū)替天然氣過程中重力效應(yīng)的作用機(jī)制尚未研究透徹;不同氣藏壓力條件下實(shí)施CO2-EGR技術(shù)的研究也較為缺乏。針對以上問題,筆者通過開展均質(zhì)氣藏中CO2-EGR模擬,剖析重力效應(yīng)、CO2注入時(shí)機(jī)對氣藏內(nèi)CO2運(yùn)移規(guī)律及CH4采收率的影響,探究最佳注入壓力,為CO2-EGR的實(shí)施提供理論參考與數(shù)據(jù)支撐。

1 天然氣藏模型與模擬方案

1.1 氣藏模型

本研究選擇文獻(xiàn)[16]中的天然氣藏模型作為模擬對象,模擬區(qū)域?yàn)榉叫蔚奈妩c(diǎn)井網(wǎng)布置(201.19 m×201.19 m×45.72 m)的1/4。CO2注入井位于五點(diǎn)井網(wǎng)氣藏模型區(qū)域的中心,天然氣(假定全部為CH4)生產(chǎn)井位于4個(gè)角,模型的邊界均絕熱,且垂直邊界方向無流動(dòng),沿邊界方向?yàn)閷ΨQ流動(dòng),如圖1所示。根據(jù)前人研究經(jīng)驗(yàn)[5],CO2注入氣藏底部有利于CO2-EGR,因此本研究將CO2注入井設(shè)置于模型底層,CH4生產(chǎn)井位于模型頂層,網(wǎng)格劃分為44×44×10,共19 360個(gè)邊長為4.572 m的正方體單元。模擬中,注入井以恒定質(zhì)量流量將CO2注入氣藏底部,CH4生產(chǎn)井維持壓力不變進(jìn)行開采。

圖1 氣藏模型Fig.1 Model of gas reservoir

氣藏模型為均質(zhì)儲(chǔ)層模型，巖性數(shù)據(jù)取自美國德克薩斯州北部的碳酸鹽巖儲(chǔ)層[17]，假設(shè)不含水，孔隙度為0.23，水平滲透率為5.0×10-14m2，垂向滲透率為5.0×10-15m2，溫度為66.7 ℃，CO2與天然氣之間擴(kuò)散系數(shù)設(shè)定為6.0×10-7m2·s-1。在具體模擬研究中，生產(chǎn)井產(chǎn)氣中含有CO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過20%時(shí)，認(rèn)為天然氣被CO2大規(guī)模污染，不再具有開采價(jià)值，為生產(chǎn)井關(guān)井時(shí)刻。為探究CO2注入對CH4采收率的影響，計(jì)算定義關(guān)井時(shí)刻的采收率η與產(chǎn)出率θ分別為

(1)

(2)

式中,mCH4,prod為關(guān)井時(shí)CH4累積產(chǎn)量;mCH4,orig為CO2注入前氣藏內(nèi)CH4的量;mCO2,inj為關(guān)井時(shí)CO2累積注入量。

1.2 模擬軟件選擇與改進(jìn)

針對CO2地質(zhì)利用與封存,研究人員提出了許多模擬器,如COORES、DUMUX、FEHM、GPRS及TOUGH2等[16,18-20],其中TOUGH2被多個(gè)專業(yè)科研機(jī)構(gòu)應(yīng)用于CO2地質(zhì)封存數(shù)值模擬研究,如澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織(CSIRO)的CO2CRC、法國地質(zhì)調(diào)查局的BRGM及德國亞琛大學(xué)的E. ON ERC等項(xiàng)目。因此本研究應(yīng)用TOUGH2開展CO2提高天然氣采收率過程的模擬。

TOUGH2由美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室開發(fā)[20],是一款適用于研究地層多孔介質(zhì)內(nèi)多組分多相流動(dòng)過程的通用型模擬器。TOUGH2中,采用積分有限差分法對空間進(jìn)行離散,而時(shí)間則使用隱式的一階有限差分法離散。在TOUGH2軟件架構(gòu)中,針對不同的CO2地質(zhì)封存過程使用不同的流體屬性模塊進(jìn)行模擬。選擇EOS7C[22]模塊模擬器,該模塊具有專門計(jì)算CO2—CH4流體屬性的熱力學(xué)性質(zhì)的部分,適用于CO2提高天然氣采收率模擬研究。

1.3 控制方程

1.3.1 質(zhì)量守恒方程

地下流體多組分—多相流體質(zhì)量守恒方程[21]為

(3)

式中,Vn為任意的控制體積;Γn為控制體積Vn的閉合表面;n為指向體積Vn的表面元素dΓn的法向矢量;Mκ為單位體積中的質(zhì)量積累;Fκ為控制體積的凈質(zhì)量通量;qκ為控制體積內(nèi)的質(zhì)量源/匯。

式(3)中任意組分的質(zhì)量積累項(xiàng)[23]表示為

(4)

式中,φ為多孔介質(zhì)的孔隙度;Sβ和ρβ分別為β相的飽和度和密度;Xκ,β為β相中κ組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

質(zhì)量通量的廣義形式也表示為各相的總和,

(5)

其中

式中,Fβ為β相的質(zhì)量通量;vβ、μβ和pβ分別為β相的達(dá)西流速、黏度和壓力;k為絕對滲透率;krβ為對于β相的相對滲透率;g為自由落體加速度;p和pcapβ分別為參考相壓力和毛細(xì)管壓力。

1.3.2 能量守恒方程

地下流體多組分—多相流體能量守恒方程[21]為

(6)

式中,Eκ為單位體積中的能量積累;Dκ為控制體積的能量通量;rκ為控制體積內(nèi)的能量源/匯。

式(6)中任意組分的能量積累項(xiàng)[23]表示為

(7)

式中,ρR和CR分別為巖石顆粒密度和比熱容;T為溫度;uβ為β相的比內(nèi)能。

熱通量Dκ由導(dǎo)熱和對流熱流組成:

(8)

式中,λ為熱導(dǎo)率;T為溫度梯度;hβ和Dκ分別為β相的比焓和熱通量。

1.4 模擬可靠性驗(yàn)證

文獻(xiàn)[16]中的天然氣藏儲(chǔ)層模型被廣泛作為基準(zhǔn)模型用于CO2-EGR過程的模擬研究,CO2CRC[16]、Luo等[14]和Patel等[22]都應(yīng)用基準(zhǔn)模型進(jìn)行過CO2-EGR模擬研究,本研究也采用該基準(zhǔn)模型進(jìn)行模擬,并與以上研究結(jié)果進(jìn)行對比,驗(yàn)證本研究中CO2-EGR模擬的可靠性。

圖2 基準(zhǔn)模擬的產(chǎn)氣中CO2與CH4質(zhì)量流量變化Fig.2 CO2 and CH4 mass flow rates at production well in benchmark model

圖2為CO2CRC[16]、Luo等[14]、Patel等[22]和本研究對基準(zhǔn)模型模擬的產(chǎn)氣中CO2與CH4質(zhì)量流量變化。CO2CRC與本研究均應(yīng)用TOUGH2軟件開展模擬研究,Luo等[14]和Patel等[22]分別應(yīng)用FLUENT和COMSOL進(jìn)行模擬研究。結(jié)果比較表明,基準(zhǔn)模型模擬中Luo等[14]的CO2突破最早而Patel等[22]的CO2突破最晚。本研究的模擬結(jié)果與CO2CRC基本相似,產(chǎn)氣中CH4的質(zhì)量流量在初期略有不同,可能由于基準(zhǔn)模型儲(chǔ)層的迂曲度并未明確規(guī)定,導(dǎo)致結(jié)果稍有差異。

1.5 模擬方案

重力效應(yīng)對CO2-EGR過程中驅(qū)替運(yùn)移規(guī)律、提高天然氣采收率發(fā)揮著重要作用。超臨界CO2與CH4之間存在較大的密度、黏度差異,受重力作用,CO2-EGR中超臨界CO2會(huì)向氣藏儲(chǔ)層下部沉降,即在較輕的天然氣下形成“墊氣”[4],在垂直方向上減緩混合、延遲突破,進(jìn)而增加CH4的采收率,但具體過程仍需深入探究。通過是否考慮重力的對比模擬,探究重力效應(yīng)對驅(qū)替運(yùn)移的作用,并且分析不同氣藏壓力條件下注入CO2對天然氣采收率的影響,為CO2-EGR實(shí)施提供指導(dǎo)。

開展CO2提高天然氣采收率模擬的詳細(xì)參數(shù)如表1所示。其中根據(jù)Biagi等[23]模擬結(jié)果,3.55 MPa枯竭狀態(tài)下均質(zhì)氣藏模型的最優(yōu)注入流速為4.67×10-3m3·s-1,本研究中除基準(zhǔn)模擬及其對應(yīng)的不考慮重力模擬,其他模擬均采用此體積注入速率。體積注入速率和質(zhì)量注入流速換算時(shí)用到的CO2密度數(shù)據(jù)通過NIST中專門用于CO2熱力學(xué)性質(zhì)預(yù)測的Span和Wagner狀態(tài)方程[24]計(jì)算得到。

表1 氣藏模型中CO2-EGR模擬參數(shù)Table 1 Simulation cases of CO2-EGR in homogeneous gas reservoir model

2 重力效應(yīng)

2.1 產(chǎn)氣流量對比

圖3為不同條件下是否考慮重力模擬的產(chǎn)氣中CO2與CH4流量曲線對比。由圖3可知:不考慮重力,模擬7#參數(shù)組合條件下產(chǎn)氣中CO2出現(xiàn)較晚,并且CH4流量在產(chǎn)氣后期下降幅度也較小,此時(shí)的CH4采收率達(dá)到63.3 %,明顯高于普通模擬1#參數(shù)組合條件下的59.6 %;相較于普通模擬2#,不考慮重力模擬的8#產(chǎn)氣中CO2出現(xiàn)更早,且上升幅度更大,同時(shí),CH4流量在產(chǎn)氣后期下降也更早,此時(shí)8#的CH4采收率(61.3%)明顯低于2#(62.9 %);壓力為9.0 MPa、注入流速為4.67×10-3m3·s-1條件下,CO2為超臨界態(tài),相比于普通模擬4#,不考慮重力模擬的9#參數(shù)組合條件下的產(chǎn)氣中CO2出現(xiàn)較晚,產(chǎn)氣后期CH4流量曲線下降趨勢也相應(yīng)的推遲了,造成9#的CH4采收率(63.6 %)大于4#的采收率(59.0 %)。

圖3 不同條件下重力對模擬產(chǎn)氣中CO2與CH4質(zhì)量流量的影響Fig.3 Effect of CO2 and CH4 mass fluxes between normal case and no-gravity case

3組對比模擬結(jié)果表明,氣藏中是否考慮重力的CO2-EGR模擬產(chǎn)氣中的CO2和CH4流量曲線之間并沒有一致性變化規(guī)律,其不僅受重力效應(yīng)作用,同時(shí)也受CO2注入速率和氣藏壓力的綜合影響。CH4采收率的變化規(guī)律則與產(chǎn)氣中CO2和CH4流量的變化密切相關(guān)。

此外,對比普通模擬1#和2#發(fā)現(xiàn),相同氣藏壓力條件下,CO2注入流速增大,CH4流量在產(chǎn)氣前期增長速度變慢。對比普通模擬2#和4#,相同的體積注入流速條件下,高壓(CO2超臨界)時(shí),CH4流量在產(chǎn)氣前期增長速度加快,產(chǎn)氣速率提高,主要原因是超臨界CO2與CH4之間的密度、黏度差異遠(yuǎn)大于氣態(tài)CO2與CH4差異,CO2沉降明顯,形成“墊氣”,CH4在浮力驅(qū)動(dòng)下向上流動(dòng)加快,因而產(chǎn)氣前期CH4質(zhì)量流量增長速度加快。

2.2 氣藏內(nèi)氣體組分分布對比

圖4為氣藏壓力3.55 MPa、不同CO2注入速率條件下,考慮重力普通模擬(1#和2#)和不考慮重力模擬(7#和8#)的氣藏內(nèi)CO2和CH4三維分布。其中,wCO2和wCH4分別為CO2和CH4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

圖4 重力及注入流速對模擬氣藏內(nèi)CO2與CH4分布的影響Fig.4 Effect of gravity and injection rate on CO2 and CH4 distribution in gas reservoir

由圖4(a)、(b)可以看出,注入流速1.59×10-3m3·s-1條件下不考慮重力模擬7#中CO2在縱向擴(kuò)散速度比普通模擬1#更快,500 d時(shí)CO2已經(jīng)運(yùn)移至注入井上部的頂層區(qū)域,而此時(shí)1#的該區(qū)域仍為純CH4,7#中CO2水平運(yùn)移明顯落后于1#,且隨著時(shí)間的推移,這種現(xiàn)象越發(fā)明顯。2 000 d時(shí),7#內(nèi)CO2從氣藏頂層流動(dòng)至生產(chǎn)井實(shí)現(xiàn)突破,但生產(chǎn)井下部區(qū)域仍然由未產(chǎn)出的CH4占據(jù),且CO2驅(qū)替過渡帶前緣甚至未到達(dá)模擬區(qū)域的底層側(cè)邊界;1#中CO2從生產(chǎn)井底部向上運(yùn)移至生產(chǎn)井實(shí)現(xiàn)突破,模擬區(qū)域內(nèi)底層CH4全部被CO2驅(qū)替產(chǎn)出,但是頂層大量CH4未能產(chǎn)出。1#和2#模擬中CO2驅(qū)替未波及到的頂層區(qū)域或生產(chǎn)井下部底層區(qū)域的體積影響最終采收率,前者的體積大于后者,所以模擬1#的CH4采收率小于7#的。

與圖4(a)、(b)中1#與7#相似,圖4(c)主要區(qū)別在于2#頂層區(qū)域內(nèi)被驅(qū)替產(chǎn)出的CH4量更多,2#的CH4采收率大于8#和1#。這說明較大的注入速率增大CO2在氣藏頂層的驅(qū)替波及區(qū)域面積,提高天然氣采收率。

圖5和圖6分別為氣藏壓力大于CO2臨界壓力條件下是否考慮重力模擬4#與9#中氣藏內(nèi)CO2與CH4分布的三維視圖和注入井所在的二維x-z縱向視圖。與圖4(c)、(d)中氣藏壓力3.55 MPa條件下模擬2#與不考慮重力模擬8#相比,圖5中普通模擬4#中氣藏底層的CH4被超臨界CO2驅(qū)替產(chǎn)出的更加徹底,這主要是由于超臨界CO2密度、黏度與CH4差異更大,受重力影響CO2沉降至氣藏底部的速度更快,抑制CO2垂直向上運(yùn)移的作用更大,促進(jìn)CO2優(yōu)先驅(qū)替氣藏底部CH4。圖5中9#與圖4(d)中8#的表現(xiàn)極為類似,即在不考慮重力效應(yīng)時(shí),不同壓力條件下模擬的CO2運(yùn)移規(guī)律相似。圖6二維x-z縱向視圖中,重力分異的影響表現(xiàn)得更為明顯。800 d時(shí),不考慮重力模擬9#氣藏底層CH4仍未完全被CO2驅(qū)替,驅(qū)替過程中的混相過渡帶呈近似球形弧面,與底層水平面呈近似直角,CO2運(yùn)移的縱向分量與水平分量相近。普通模擬4#中,受重力效應(yīng)作用,縱向運(yùn)移受到抑制而遠(yuǎn)小于水平運(yùn)移。400 d時(shí),氣藏底層CH4已經(jīng)完全被CO2驅(qū)替,混相過渡帶與底層水平面呈小于30°傾角。此外,不考慮重力模擬9#的混相過渡帶厚度均勻一致,且較厚;考慮重力模擬4#的混相過渡帶在左上頂部位置較薄,而在右下位置較厚,且明顯薄于不考慮重力模擬9#,說明重力效應(yīng)起著抑制CO2擴(kuò)散運(yùn)移、減小混相的作用。

圖5 9.0 MPa條件下是否考慮重力模擬的氣藏內(nèi)CO2與CH4三維分布Fig.5 Three-dimensional CO2 and CH4 distribution in gas reservoir of normal case and no-gravity case at 9.0 MPa

圖6 9.0 MPa條件下是否考慮重力模擬的氣藏內(nèi)CO2與CH4分布的二維x-z縱向視圖Fig.6 Two-dimensional x-z portrait view of CO2 and CH4 distribution in gas reservoir of normal case and no-gravity case at 9.0 MPa

綜上所述,不考慮重力模擬中,CO2向上運(yùn)移速率增大,最終水平方向和縱向方向的運(yùn)移速率相似,驅(qū)替混相過渡帶呈近似球形弧面;考慮重力的普通模擬中,CO2與CH4之間較大的密度和黏度差異造成了重力分異,在重力效應(yīng)作用下CO2向氣藏底部沉降,抑制向上運(yùn)移,減緩CO2與天然氣縱向混相,氣藏內(nèi)CO2縱向運(yùn)移速率遠(yuǎn)小于水平運(yùn)移速率;此外,重力效應(yīng)間接促進(jìn)CO2在水平方向的運(yùn)移,尤其在超臨界條件下優(yōu)先完成底層水平驅(qū)替,最終將驅(qū)替過程演變?yōu)轭愃拼瓜蝌?qū)替。

3 氣藏壓力影響

探討氣田不同開采時(shí)期(即不同氣藏儲(chǔ)層壓力)注入CO2對天然氣采收率的影響,開展天然氣生產(chǎn)階段(氣藏壓力為18、15、9和6 MPa)及氣田枯竭階段(氣藏壓力為3.55 MPa)CO2提高天然氣采收率模擬研究,對應(yīng)表1中的2#～6#模擬。

3.1 產(chǎn)氣曲線與CH4采收率變化規(guī)律

圖7為不同氣藏壓力、相同CO2體積注入流速條件下CO2-EGR模擬產(chǎn)氣中CO2與CH4流量變化曲線。隨氣藏壓力升高,產(chǎn)氣初期CH4流量增長速度加快,流量達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間減少,產(chǎn)氣后期CH4流量下降前移,與此同時(shí)CO2突破時(shí)間也相應(yīng)地提前。最大體積流量隨著氣藏壓力增大而增大,增大的幅度在3.55～9.0 MPa情況下不明顯,但是15.0 和18.0 MPa情況下的最大體積流量要遠(yuǎn)大于低壓情況。

圖7 不同氣藏壓力模擬的產(chǎn)氣中CO2與CH4流量變化Fig.7 CO2 and CH4 volume fluxes for cases at different reservoir pressures

圖8為生產(chǎn)井關(guān)井時(shí)間、采收率及產(chǎn)出率隨氣藏壓力的變化。可以發(fā)現(xiàn),雖然CO2體積注入速率相同,但是隨著氣藏壓力增大,生產(chǎn)時(shí)間變短,關(guān)井時(shí)刻提前;CH4采收率和產(chǎn)出率與生產(chǎn)井關(guān)井時(shí)間變化規(guī)律一致,隨氣藏壓力增大而降低。采收效果最優(yōu)的氣藏壓力為枯竭階段的3.55 MPa,對應(yīng)的CH4采收率最高為62.9%。

圖8 關(guān)井時(shí)間、采收率及產(chǎn)出率隨注入壓力變化Fig.8 Well shut-in time, recovery efficiency and production efficiency at different reservoir pressures

3.2 氣藏內(nèi)CO2和CH4分布

圖9和圖10分別為不同氣藏壓力模擬中的氣藏內(nèi)CO2與CH4分布的三維視圖和二維縱向x-z前視圖。

圖9 不同氣藏壓力條件下的氣藏內(nèi)CO2與CH4三維分布Fig.9 Three-dimensional CO2 and CH4 distribution in gas reservoir of cases with different reservoir pressure

圖10 不同氣藏壓力條件下的氣藏內(nèi)CO2與CH4分布的二維x-z縱向視圖Fig.10 Two-dimensional x-z portrait view of CO2 and CH4 distribution in gas reservoir of cases with different reservoir pressures

對于氣藏壓力為15 和18 MPa的模擬5#和6#,生產(chǎn)井關(guān)井時(shí)間均小于600 d,所以本研究只分析其在注入CO2后600 d的氣藏內(nèi)CO2分布;其他模擬的生產(chǎn)井關(guān)井時(shí)間均為600～800 d,因此也對800 d時(shí)氣藏內(nèi)CO2分布進(jìn)行描述。從圖9可以看出,體積注入速率相同的模擬2#～6#中,隨著氣藏壓力下降,CO2驅(qū)替CH4到達(dá)生產(chǎn)井的速度變慢,并且模擬2#～6#中的CO2均從底部自下向上突破至生產(chǎn)井,頂層中部區(qū)域內(nèi)的CH4均未能被有效驅(qū)替產(chǎn)出。在模擬4#～6#中,注入的CO2為超臨界狀態(tài),4#中氣藏底層的CH4在800 d時(shí)幾乎全部被CO2驅(qū)替產(chǎn)出,5#和6#中藏底層的CH4在600 d內(nèi)均被驅(qū)替產(chǎn)出;而氣藏壓力為3.55和6.0 MPa的2#和3#中,CO2為氣態(tài),直至到達(dá)關(guān)井時(shí)刻生產(chǎn)井下部區(qū)域仍然存在一些未被驅(qū)替的CH4。如圖10所示,CO2的水平運(yùn)移距離顯著大于縱向,氣藏壓力越高,該現(xiàn)象越明顯。生產(chǎn)井關(guān)井前,低氣藏壓力條件下CO2與CH4之間的驅(qū)替過渡帶為傾斜面,而高氣藏壓力條件下則為近似水平面。這表明CO2超臨界條件下,優(yōu)先完成氣藏底層CH4的水平驅(qū)替,然后形成近似垂直向上驅(qū)替過程,能夠更加徹底地將氣藏底層中的天然氣驅(qū)替產(chǎn)出。這主要是由于超臨界CO2的密度及黏度遠(yuǎn)大于氣藏內(nèi)天然氣,重力效應(yīng)明顯,超臨界CO2向氣藏底層沉降的速度更快,水平運(yùn)移速率顯著大于縱向運(yùn)移速率,優(yōu)先將氣藏底層的CH4驅(qū)替至生產(chǎn)井產(chǎn)出,最終形成形似自下向上的垂向驅(qū)替過程。但是氣藏壓力較高時(shí),CO2沿氣藏底層驅(qū)替CH4從而更早地運(yùn)移至生產(chǎn)井下部區(qū)域,受壓力驅(qū)動(dòng)自下向上突破至生產(chǎn)井的時(shí)間更早,使靠近注入井上部區(qū)域內(nèi)CH4未能被有效驅(qū)替,造成高氣藏壓力模擬的CH4采收率小于低氣藏壓力模擬。

綜上所述,生產(chǎn)井關(guān)井時(shí)間、CH4采收率和產(chǎn)出率均隨氣藏壓力降低而增加,在氣藏枯竭狀態(tài)下實(shí)施CO2-EGR能夠獲得更好的CH4采收率,但生產(chǎn)時(shí)間相對較長。較高氣藏壓力下的CO2-EGR模擬中,注入氣藏的CO2為超臨界狀態(tài),重力效應(yīng)作用明顯,CO2快速向氣藏底層沉降,優(yōu)先完成氣藏底層CH4的水平驅(qū)替,最終形成形似自下向上的垂向驅(qū)替過程,但是針對本研究中的氣藏區(qū)塊,易從生產(chǎn)井底部自下而上突破至生產(chǎn)井,進(jìn)而導(dǎo)致高壓情況下CO2-EGR的天然氣采收效率效果相對低壓情況下略差。

4 結(jié) 論

(1)是否考慮重力CO2-EGR模擬的產(chǎn)氣中CO2和CH4流量曲線之間并沒有一致性的變化規(guī)律,受CO2注入速率及氣藏壓力的綜合影響,而CH4采收率變化與產(chǎn)氣中CO2和CH4流量的變化規(guī)律密切相關(guān)。

(2)不考慮重力模擬中,CO2縱向與水平運(yùn)移速率相近,驅(qū)替混相過渡帶呈近似球形弧面;考慮重力模擬中,重力效應(yīng)抑制CO2向上運(yùn)移,減緩與天然氣縱向混相,間接促進(jìn)水平運(yùn)移,CO2水平運(yùn)移速率顯著大于縱向運(yùn)移速率。

(3)生產(chǎn)井關(guān)井時(shí)間、CH4采收率和產(chǎn)出率隨氣藏壓力降低而增加,在氣藏枯竭狀態(tài)下實(shí)施CO2-EGR能夠獲得更好的CH4采收率,但生產(chǎn)時(shí)間相對較長。

(4)較高氣藏壓力條件下實(shí)施CO2-EGR,CO2為超臨界狀態(tài),重力效應(yīng)作用明顯,CO2快速沉降并優(yōu)先水平驅(qū)替氣藏底層CH4,但是容易從生產(chǎn)井底部自下而上突破至生產(chǎn)井,造成提高天然氣采收率效果不佳。