评估缝洞碳酸盐岩储层二氧化碳地质封存量的方法

本发明涉及地质封存，特别是涉及评估缝洞碳酸盐岩储层二氧化碳地质封存量的方法。

背景技术：

1、二氧化碳作为重要的温室气体，减少碳排放已成为缓解气候变化，生态破坏与不可持续发展等问题的关键举措。ccs通过将co2封存在地下储层并防止其释放到大气中，在20世纪90年代被各国政府公认是减少碳排放最直接和最有效的方法。开展ccs的常用地质场所包括不可采收的煤层、枯竭油气藏、深部咸水层，而全球近60％的油气藏埋藏在碳酸盐岩中。中国拥有约300万km2的碳酸盐岩沉积地层，范围广且厚度大，通常还具有利于碳封存的裂缝，孔洞结构。因此，在油气枯竭后评估缝洞碳酸盐岩的co2地质封存能力具有重要意义。

2、目前，二氧化碳地质封存机制主要分为物理机制和化学机制。物理封存主要是利用地质储层中剩余空间进行co2的短期注入与填充；包括借助储层空间与上方不可渗透盖层形成圈闭的结构封存，基质孔隙毛细管力共同束缚作用下的孔隙封存。化学封存则是利用特定温度压强下co2-水-岩地球化学反应进行co2的长期消耗与封存；包括与地层水、残余油的表面接触时的溶解封存，酸化后生成碳酸盐岩矿物的矿化封存。评价co2地质封存能力需要对最终的封存量进行计算和预测，现今主要的评估手段有宏观数学模型与数值模拟，两种技术各有优势，但同时有其局限性。例如，数学模型缺乏对微观尺度物理封存机制和长期化学封存机制的充分考虑，因此，容易低估具有复杂缝洞结构和较高矿化反应活性的碳酸盐岩储层的最终封存量。数值模拟虽能模拟孔隙微尺度co2迁移机制和估算较长周期后的矿化封存量，但该技术在面对实际地质尺度物理封存时不仅计算效率慢，很难综合考虑现场实际参数，也缺少对真实地质特征的精细刻画。基于此，亟需一种针对上述四种地质封存机制的方法。

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本发明提出了一种评估缝洞碳酸盐岩储层二氧化碳地质封存量的方法，能够针对碳酸盐岩储层的四种地质封存机制，高效且全面地实施预测和评价。

3、为达上述目的，本发明一方面提出一种评估缝洞碳酸盐岩储层二氧化碳地质封存量的方法，包括：

4、对岩石样品的三维扫描图像进行图像识别得到图像识别信息；

5、将所述图像识别信息输入至计算流体力学数值模拟器以用于构建岩石缝洞结构模型，并根据所述岩石缝洞结构模型得到样品的几何拓扑信息；

6、将样品相关参数和所述几何拓扑信息输入至多尺度多相流数值模型进行二氧化碳在不同尺度模型中的多相流运移数值模拟得到多尺度数值模拟结果；

7、基于所述多尺度数值模拟结果计算多尺度二氧化碳封存效率。

8、本发明实施例的评估缝洞碳酸盐岩储层二氧化碳地质封存量的方法还可以具有以下附加技术特征：

9、在本发明的一个实施例中，所述岩石样品，包括缝洞碳酸盐岩储层岩石样品；所述样品相关参数，包括：缝洞碳酸盐岩储层的物性参数和储层封存过程中流体的流体性质参数。

10、在本发明的一个实施例中，对岩石样品的三维扫描图像进行图像识别得到图像识别信息，包括：

11、将三维扫描图像转换为二值图，并读取二值图的数据矩阵；

12、将所述数据矩阵映射到rgb颜色值矩阵中以得到第一可视化结果；

13、基于第一可视化结果与三维扫描图像在拓扑几何的对比结果和流体在三维扫描图像上的第二可视化结果以得到最终数据矩阵。

14、在本发明的一个实施例中，将三维扫描图像转换为二值图，包括：

15、利用加权平均法对三维扫描图像的颜色通道进行拉伸操作得到灰度值；

16、比较所述灰度值与灰度阈值，以根据数值比较结果得到二值化后的图像。

17、在本发明的一个实施例中，将样品相关参数和所述几何拓扑信息输入至多尺度多相流数值模型进行二氧化碳在不同尺度模型中的多相流运移数值模拟得到多尺度数值模拟结果，包括：

18、通过数值模拟方法求解基于达西-布林克曼公式的微观连续性方程构建多尺度多相流数值模型；

19、将物性参数和流体性质参数以及几何拓扑信息输入至多尺度多相流数值模型进行二氧化碳在不同尺度模型中的多相流运移数值模拟以得到二氧化碳在注入后的饱和度分布的多尺度数值模拟结果。

20、在本发明的一个实施例中，所述微观连续性方程，包括基于质量守恒的单相、多相微观连续性方程和基于动量守恒的单相、多相微观连续性方程；所述数值模拟方法包括有限体积法；所述多尺度多相流数值模型，包括流体体积方法和欧拉隐式差分算法；所述方法，还包括：

21、利用所述有限体积法以基于体积平均算子对所述基于质量守恒的单相、多相微观连续性方程进行离散化处理得到离散化数据；

22、基于所述流体体积方法将流体域离散化为至少一个的控制体积单元，并通过计算每个控制体积单元内的流体相体积分数描述流体的分布；其中，每个所述控制体积单元内的体积分数表示当前单元中特定流体相所占的体积占比；

23、利用欧拉隐式差分算法将所述离散化数据表示为半离散形式的数据。

24、在本发明的一个实施例中，基于所述多尺度数值模拟结果计算多尺度二氧化碳封存效率，包括：

25、通过所述饱和度分布获取二氧化碳封存体积，并基于所述封存体积和流体体积守恒规则计算流体注入体积与二氧化碳封存效率，以得到多尺度二氧化碳封存效率。

26、在本发明的一个实施例中，通过所述饱和度分布获取二氧化碳封存体积，并基于所述封存体积和流体体积守恒规则计算流体注入体积与二氧化碳封存效率，以得到多尺度二氧化碳封存效率，包括：

27、通过数值模拟得到每个控制体积单元对应的二氧化碳的饱和度分布，并基于第一计算公式求取二氧化碳封存体积：

28、基于流体体积守恒规则以通过第二计算公式计算注入的二氧化碳体积：

29、基于二氧化碳封存体积和注入的二氧化碳体积，以通过第三计算公式计算得到二氧化碳封存效率。

30、在本发明的一个实施例中，所述方法，还包括：

31、利用多尺度数值模拟结果与宏观数学模型评估二氧化碳物理结构封存效率；

32、通过经验模型评估二氧化碳物理残余封存效率；

33、通过经验模型评估二氧化碳化学溶解封存效率；

34、通过数值模型预测二氧化碳化学矿化封存效率。

35、在本发明的一个实施例中，所述利用多尺度数值模拟结果与宏观数学模型评估二氧化碳物理结构封存效率，包括：

36、获取第一缝洞碳酸盐岩储层参数；其中，所述第一缝洞碳酸盐岩储层参数，包括：缝洞碳酸盐岩储层的储层原油地质储量参数与开发生产参数、储层天然气地质储量参数与开发生产参数、缝洞碳酸盐岩储层缝洞体的三维体积雕刻参数和缝洞碳酸盐岩储层人工裂缝的水力压裂储层改造参数；

37、将所述第一缝洞碳酸盐岩储层参数和基于多尺度模拟结果计算的二氧化碳封存效率输入至基于碳封存领导人论坛评价公式改进的解析模型以评估二氧化碳总结构封存量。

38、在本发明的一个实施例中，所述通过经验模型评估二氧化碳物理残余封存效率，包括：

39、获取第二缝洞碳酸盐岩储层参数；其中，所述第二缝洞碳酸盐岩储层参数，包括缝洞碳酸盐岩储层的储层尺寸参数、碳酸盐岩岩石在二氧化碳饱和状态下被水浸入体积占比、碳酸盐岩储层孔隙度和毛管滞后效应下二氧化碳饱和度范围；

40、利用碳酸盐岩岩石二氧化碳饱和状态下被水浸入体积占比和储层尺寸参数计算碳酸盐岩岩石二氧化碳饱和状态下被水浸入体积；

41、将所述碳酸盐岩岩石二氧化碳饱和状态下被水浸入体积和碳酸盐岩储层孔隙度以及毛管滞后效应下二氧化碳饱和度范围输入残余封存实验经验模型以评估二氧化碳总残余封存量。

42、在本发明的一个实施例中，所述通过经验模型评估二氧化碳化学溶解封存效率，包括：

43、获取第三缝洞碳酸盐岩储层参数；其中，所述第三缝洞碳酸盐岩储层参数，包括二氧化碳在溶于原油时达到平衡状态的摩尔溶解度、二氧化碳的相对分子质量、碳酸盐岩储层初始原油饱和度、二氧化碳饱和状态下地层水密度、二氧化碳在地层水中饱和状态下平均质量分数、烃类质量分数与平均分子量；

44、将所述二氧化碳在溶于原油时达到平衡状态的摩尔溶解度和二氧化碳的相对分子质量带入碳酸盐岩储层残余油二氧化碳溶解封存实验经验模型以评估二氧化碳在储层残余油中的总溶解封存量；

45、将所述碳酸盐岩储层初始原油饱和度、二氧化碳饱和状态下地层水密度、二氧化碳在地层水中饱和状态下平均质量分数、烃类质量分数与平均分子量输入碳酸盐岩储层地层水二氧化碳溶解封存实验经验模型以评估二氧化碳在储层表层水中的总溶解封存量。

46、在本发明的一个实施例中，所述通过数值模型预测二氧化碳化学矿化封存效率，包括：

47、获取第四缝洞碳酸盐岩储层参数；其中，所述第四缝洞碳酸盐岩储层参数，包括缝洞碳酸盐岩储层盐度、缝洞碳酸盐岩岩石矿物组成各成分占比、储层溶液离子浓度、碳封存过程中二氧化碳注入速率和二氧化碳矿化封存的时间；

48、将所述第四缝洞碳酸盐岩储层参数以及储层尺寸参数输入具有水文地球化学模块的模拟器中，以通过数值模拟计算最终二氧化碳矿化封存量。

49、本发明实施例的利用评估缝洞碳酸盐岩储层二氧化碳地质封存量的方法，应用于评估和预测co2在缝洞碳酸盐岩的封存能力，对于研究和实施碳捕获与封存(ccs)技术具有重要意义。

50、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。