CN116658137B - 一种含水层co₂封存与自流注水增产原油方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种含水层二氧化碳封存与自流注水增产原油方法与系统，在含油气盆地的含水层钻井注入CO₂进行规模化埋存，同时，在含油层优选远离CO₂埋存注入井的低效生产井作为自流注水井，控制引导压力持续升高的含水层中的地下水流入含油层，实现含油层自流注水驱油，不仅可以实现深部含水层CO₂规模化安全封存。本发明有效缓解深部含水层大规模CO₂注入过程中的储层压力积累和盐岩沉淀问题，提高CO₂注入性和安全性，并使CO₂的溶解量和矿物捕集量明显增加，有效提高CO₂封存效率；通过控制含水层与含油层之间的压差实现自流注水，可以有效补充含油层亏空能量，提高含油层区域单元开发效果，实现油气资源和地下储层空间的最大化利用。

Description

一种含水层CO2封存与自流注水增产原油方法与系统

技术领域

本发明属于油气田开发技术领域，具体地，涉及一种含水层CO₂封存与自流注水增产原油方法与系统。

背景技术

以CO₂为主的温室气体的大量排放已引发一系列环境和生态问题，减少CO₂排放成为全人类共同关注的热点问题。欧美国家及日本的经验表明，碳捕集与封存(CarbonCapture and Storage,CCS)技术可能是处置CO₂的有效措施之一，适合作为CO₂地质封存的场所主要包括废弃油气藏、深部咸水含水层和不具开采价值的煤层。中国陆地及大陆架分布有大量的沉积盆地，分布面积广、沉积厚度大，适宜CO₂地质封存的咸水含水层容量大，埋存潜力巨大。然而，单纯的CCS项目不能产生直接的经济效益，需要大量的资金投入，同时，大规模CO₂注入过程中的压力积聚效应将会导致深部含水层压力异常变化，使得上覆盖层产生破裂或断层重新活动，易引发次生地质灾害，很大程度上限制了大规模CO₂工业化注入的封存容量，影响了地质封存的安全性。从地质介质中进行异位抽水是调控压力的有效办法，但其缺点是CCS操作成本进一步提高。此外，碳捕集、利用和封存(Carbon Capture,Utilization and Storage，CCUS)也是关键的CO₂大规模减排技术，其中，CO₂驱油是解决CCUS技术经济性的有效手段，但是，实际应用中也面临以下挑战：①注CO₂过程中易发生气窜现象，严重影响波及效率，降低驱油效果；②CO₂与原油混合抽提原油中轻质组分，沥青质析出严重，导致流动通道堵塞；③CO₂与原油混合，大量CO₂会随着开采的原油一起被持续采出、回到大气中，仅有少部分气体实现滞留，未来巨量CO₂仍需地质封存来解决。因此，如何在具有复杂沉积环境与构造的含油气盆地内实现CO₂高效与安全注入，并控制注入活动的影响范围，充分利用地下孔隙空间的同时实现CO₂封存与原油协同增采值得关注与研究。

通过检索，授权公告号为CN113389533B的发明专利公开了一种CO₂捕集、储层改造和提采原油的一体化方法，该发明专利将咪唑类物质、金属有机骨架材料与醇类混合配成混合基液，用于捕集工厂排放尾气中的CO₂，并向捕集了CO₂的基液中加入交联剂和稠化剂，配制成捕集了CO₂的醇基压裂液，然后将醇基压裂液注入油藏井口，对储层进行压裂改造作业，注入酸性破胶剂段塞释放CO₂开采原油。申请公布号为CN114278257A的发明专利公开了一种海上油田开采与超临界二氧化碳封存的同步装置与方法，该发明专利利用分支井实现同一井位不同层段的油气开采与CO₂封存同步执行，不仅能有效减少海上生产平台运行产生的CO₂的排放，同时还能降低CO₂海底封存成本。授权公告号为CN108131122B的发明专利公开了一种提高CO₂封存量和原油采收率的方法，包括：利用CO₂驱油与封存靶区盖层和断层稳定性评价方法，确定靶区压力安全界限；利用油藏数值模拟方法，优选合理的压力保持水平；根据储层参数、生产参数和工艺方法，实现CO₂纵向均衡驱替；根据靶区储层非均质性和剩余储量丰度分布情况，采用变井网井距、差异储层改造，实现CO₂平面均衡驱替；通过对注入方式、注入速度、注采调控和泡沫调堵等方式优选，调整注采流线。申请公布号为CN115637966A的发明专利公开了一种地热驱动CO₂催化还原埋存与采油的方法，该发明专利采用液氮压裂结合注入剂注入的技术方案，充分利用深部地热储层的热能，结合纳米Cu基催化剂，实现原油水热裂解反应以及CO₂热还原反应，共同实现原油采收率和CO₂埋存量、埋存稳定性以及埋存效率的提升。

通过技术特征对比，上述公开专利文献公开的装置与方法多通过油层CO₂注入控制、原油増采与CO₂封存协同等方法来实现原油采收率和CO₂埋存量、埋存效率的提升，但仍存在难以实现含油气储层中CO₂大规模埋存的问题。因此，如何找到一种更为适宜的含油气盆地CO₂埋存与原油增产协同技术，进一步解决现有的相关技术方案存在的问题，已成为业内专家学者广为关注的焦点之一。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种含水层CO₂封存与自流注水增产原油方法与系统，系统的构建方法为，优选在含油气盆地的含水层钻井注入CO₂进行规模化埋存，同时，在含油层优选远离CO₂埋存注入井的低效生产井作为自流注水井，控制引导压力持续升高的含水层中的地下水流入含油层，实现含油层自流注水驱油，不仅可以实现深部含水层CO₂规模化安全封存，还可以提高含油层原油采出程度。

优选地，本发明的含水层CO₂封存与自流注水增产原油方法包括以下步骤：

步骤1、在含油气盆地区域单元范围内优选区域广泛分布、埋藏深度大于800m、具有稳定的区域性盖层(或隔水层)、断层少或断层封闭性强、地层水矿化度大于3g/L、与含油层配伍性好的深部含水层，并在所述含水层的构造高部位打一口以上的CO₂埋存注入井；所述CO₂埋存注入井的射孔位置位于含水层的中下部；

步骤2、在所述含油气盆地的含油层区域单元打两口以上的生产井进行衰竭开发，其中至少一口生产井同时钻遇含油层和含水层；所述生产井的射孔位置位于含油层的中上部；

步骤3、优选与所述CO₂埋存注入井距离3km以上、日产油量低于2t/d或供液不足而无法正常生产的生产井作为自流注水井，对所述自流注水井在所述含水层的中下部进行补射孔，使得含水层和含油层通过所述自流注水井的井筒连通；

步骤4、在所述自流注水井内下入流量—压力检测及控制设备，所述流量—压力检测及控制设备位于井筒中含油层与隔层交界附近位置，用于监测及控制自流注水量和注水压力，可以采用现有技术的多种结构来实现；在所述自流注水井内依次下入两个封隔器，其中，一个封隔器位于所述含水层的顶部边界附近位置，用于封隔所述含水层以上的井段，另一个封隔器位于所述含油层的底部边界附近位置，用于封隔所述含油层以下井段；

步骤5、通过所述CO₂埋存注入井持续将CO₂流体注入所述含水层的地质体中进行规模化埋存，同时，利用大规模CO₂埋存注入过程中所述含水层内的储层压力积聚效应，在所述含水层与所述含油层之间的压差作用下，使得所述含水层内的地层水流入自流注水井筒和流量—压力检测及控制设备，调节流量—压力检测及控制设备的流量和注水压力，使得含水层内的地层水以合理的流量流入所述含油层中，驱替原油至相邻的生产井采出。

相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：将大规模CO₂注入深部含水层埋存，并驱使深部含水层中的地下水流入含油层进行驱油，一方面，可以有效缓解深部含水层大规模CO₂注入过程中的储层压力积累和盐岩沉淀问题，提高CO₂注入性和安全性，并使CO₂的溶解量和矿物捕集量明显增加，有效提高CO₂封存效率；另一方面，通过控制含水层与含油层之间的压差实现自流注水，可以有效补充含油层亏空能量，提高含油层区域单元开发效果，实现油气资源和地下储层空间的最大化利用，不仅可缓解国民经济发展紧缺的战略资源之急，还可产生明显的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本发明的实施示意图；

图中：1、含水层；2、含油层；3、区域性盖层；4、隔层；5、CO₂埋存注入井；6、第一生产井；7、第二生产井；8、第三生产井；9、流量—压力检测及控制设备；10、第一封隔器；11、第二封隔器。

具体实施方式

如图1所示，一种含水层CO₂封存与自流注水增产原油方法的一具体实施例的示意图，包括如下步骤：

步骤1、在含油气盆地区域单元范围内优选区域广泛分布、埋藏深度大于800m、具有稳定的区域性盖层、断层少或断层封闭性强、地层水矿化度大于3g/L、与含油层配伍性好的含水层1，在所述含水层1的构造高部位打一口CO₂埋存注入井5。

在本实施例中，含水层1上方具有稳定的区域性盖层3，含水层1与含油层2之间存在隔层4，CO₂埋存注入井的射孔位置位于含水层的中下部。

步骤2、在所述含油气盆地的含油层2区域单元打三口生产井，分别为第一生产井6、第二生产井7、第三生产井8，进行衰竭开发。

在本实施例中，第一生产井6、第二生产井7、第三生产井8同时钻遇含水层1和含油层2；第一生产井6、第二生产井7、第三生产井8的射孔位置均位于含油层2的中上部；第一生产井6、第二生产井7、第三生产井8之间的井距介于200m～500m。

步骤3、优选与所述CO₂埋存注入井5距离3km、日产油量低于2t/d或供液不足而无法正常生产的生产井作为自流注水井，对所述自流注水井在含水层1的中下部进行补射孔完井，使得含水层1和含油层2通过自流注水井筒连通；

在本实施例中，优选供液不足而无法正常生产的第一生产井6作为自流注水井，对第一生产井6在含水层1的中下部进行补射孔完井，同时射开含油层2以及含油层2上方的含水层1。

步骤4、在所述第一生产井6中下入流量—压力检测及控制设备9。在本实施例中，所述流量—压力检测及控制设备9位于井筒中含油层2与隔层4交界位置，用于监测及控制自流注水量和注水压力，可以采用现有技术的多种结构来实现；在所述第一生产井6中下入第一封隔器10、第二封隔器11。

在本实施例中，流量—压力监测及控制设备9将压力传感器和流量计安装在一起，其中，压力传感器可以监测第一生产井6井筒中含油层的压力；流量计既可以监测自流注水流量，也可以控制自流注水流量，还可以调节第一生产井6井筒中含油层的注水压力。

在本实施例中，所述第一封隔器10位于含水层1的顶部边界位置，用于封隔所述含水层1以上的井段，所述第二封隔器11位于含油层2的底部边界位置，用于封隔所述含油层2以下井段。

步骤5、通过CO₂埋存注入井5持续将CO₂流体注入含水层1的地质体中进行规模化埋存，同时，利用大规模CO₂埋存注入过程中含水层1内的储层压力积聚效应，在含水层1与含油层2之间的逐渐增大的压差作用下，使得含水层1内的地层水流入所述第一生产井6的井筒和所述流量—压力检测及控制设备9，调节所述流量—压力检测及控制设备9的流量和注入压力，控制含水层1内的地层水以合理的流量注入含油层2中，驱替原油至相邻的第二生产井7、第三生产井8，原油从第二生产井7、第三生产井8采出。

本发明通过将大规模CO₂注入深部含水层埋存，并控制引导深部含水层中的地下水流入含油层，实现深部含水层CO₂地质封存与含油层自流注水驱油协同，一方面，提高了规模化CO₂注入性和安全性，有效提高CO₂封存效率；另一方面，有效补充了含油层能量，提高含油层单元原油开发效果，实现油气资源和地下储层空间的最大化利用，收获经济和环保的双重效益，对于新疆、内蒙古等油气生产行业发展较快而又缺水的地域具有很大的应用潜力。

Claims (2)

1.一种含水层CO₂封存与自流注水增产原油方法，其特征在于，包括以下步骤：在含油气盆地的含水层钻井注入CO₂进行规模化埋存，同时，在含油层选取远离CO₂埋存注入井的低效生产井作为自流注水井，控制引导压力持续升高的含水层中的地下水流入含油层，实现含油层自流注水驱油；

具体包括以下步骤：

步骤1、在含油气盆地区域单元范围内选取含水层，并在所述含水层的构造高部位打一口以上的CO₂埋存注入井；所述CO₂埋存注入井的射孔位置位于含水层的中下部；在含油气盆地区域单元范围内选取区域广泛分布、埋藏深度大于800m、具有稳定的区域性盖层或隔水层、断层少或断层封闭性强、地层水矿化度大于3g/L、与含油层配伍性好的深部含水层；

步骤2、在所述含油气盆地的含油层区域单元打两口以上的生产井进行衰竭开发，其中至少一口生产井同时钻遇含油层和含水层；所述生产井的射孔位置位于含油层的中上部；

步骤3、选取与所述CO₂埋存注入井距离3km以上、日产油量低于2 t/d或供液不足而无法正常生产的生产井作为自流注水井，对所述自流注水井在所述含水层的中下部进行补射孔，使得含水层和含油层通过所述自流注水井的井筒连通；

步骤4、在所述自流注水井内下入流量—压力检测及控制设备，所述流量—压力检测及控制设备位于井筒中含油层与隔层交界附近位置，用于监测及控制自流注水量和注水压力；在所述自流注水井内依次下入两个封隔器，其中，一个封隔器位于所述含水层的顶部边界附近位置，用于封隔所述含水层以上的井段，另一个封隔器位于所述含油层的底部边界附近位置，用于封隔所述含油层以下井段；

步骤5、通过所述CO₂埋存注入井持续将CO₂流体注入所述含水层的地质体中进行规模化埋存，同时，利用大规模CO₂埋存注入过程中所述含水层内的储层压力积聚效应，在所述含水层与所述含油层之间的压差作用下，使得所述含水层内的地层水流入自流注水井筒和流量—压力检测及控制设备，调节流量—压力检测及控制设备的流量和注水压力，使得含水层内的地层水以合理的流量流入所述含油层中，驱替原油至相邻的生产井采出。

2.一种含水层CO₂封存与自流注水增产原油系统，根据权利要求1所述的方法构建。