Effects of Aqueous Solubility and Geochemistry on CO2 Injection for Shale Gas Reservoirs

在页岩气藏中，CH₄和CO₂在高压条件下的水溶性是有限的，它们在水中的溶解影响了原始气体储量和CO₂封存的确定。此外，CO₂的溶解会降低地层水的pH值，从而在富含碳酸盐的页岩气藏中引发地球化学反应。本研究通过综合模拟量化了水溶性和地球化学对页岩气藏中CO₂吞吐过程性能的影响。考虑CH₄的水溶性可以增加初始天然气储量和天然气产量。CO₂的水溶性效应可以通过溶解捕获额外封存CO₂。考虑地球化学反应，CO₂吞吐过程会导致碳酸盐矿物的溶解，增加孔隙度，从而增强气体流动和气体回收。纳入地球化学反应还预测了较小的CO₂封存能力。因此，本研究建议在CO₂吞吐过程中，考虑水溶性和地球化学反应，以准确预测页岩气藏中的气体回收和CO₂封存。

CMG软件的应用情况

在本文中，使用了CMG Ltd开发的GEM™软件进行模拟，该软件能够模拟多相和多组分流动，并耦合水溶性和地球化学反应。目标气藏是基于Eagle Ford页岩气藏的已发表研究构建的。气藏的尺寸为2500×1050×200 ft³，被离散化为50×11×1的网格块。模拟了水平钻井和水力压裂技术。总共在气藏中诱导了10组横向裂缝，并沿着水平井。本研究仅基于对称性模拟了一个阶段的水力压裂刺激气藏，以节省计算时间和存储空间。系统属性如表1所示。裂缝宽度的大小假设为0.001 ft，参考了Rubin的工作。扩展的Langmuir吸附模型用于描述CH₄和CO₂在岩石表面的吸附。模型参数如表2所示。

中文作者单位

  1. 韩国国家石油公司
  2. 汉阳大学地球资源与环境工程系

In shale gas reservoirs, CH4 and CO2 have finite aqueous solubilities at high-pressure conditions and their dissolution in water affect the determination of the original gas in place and the CO2 sequestration. In addition, the dissolution of CO2 decreases the pH of connate water, and the geochemical reactions may thus occur in carbonate-rich shale reservoirs. The comprehensive simulations of this work quantify the effects of aqueous solubility and geochemistry on the performance CO2 huff-n-puff process in shale gas reservoir. Accounting for the aqueous solubility of CH4 increases the initial natural gas storage and natural gas production. The effect of the aqueous solubility of CO2 enables to sequester additional CO2 via solubility trapping. Considering the geochemical reactions, the application of the CO2 huff-n-puff process causes the dissolution of carbonate minerals and increases the porosity enhancing the gas flow and the gas recovery. Incorporation of geochemistry also predicts the less CO2 sequestration capacity.

Therefore, this study recommends the consideration of aqueous solubility and geochemical reactions for the accurate prediction of gas recovery and CO2 sequestration in shale gas reservoirs during the CO2 huff-n-puff process.

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