Formation Damage due to CO2 Sequestration in Saline Aquifers
摘要：二氧化碳（CO₂）封存被定义为从大气中移除本应排放的气体，并将其安全储存于合适场所的过程。目前，考虑在地下构造中封存CO₂以减少进入大气的CO₂量。然而，在进行封存之前，有必要更深入地了解CO₂、水与构造岩石之间的化学和物理相互作用。这些相互作用可以通过注水前后水中矿物含量的变化来评估，也可以通过CO₂注水期间井注入性的变化来评估。这些相互作用可能因岩石溶解而对渗透率产生积极影响，也可能因沉淀而产生负面影响。
CO₂注水操作涉及多种物理和化学过程；多相流体现在盐水和CO₂的流动中；溶质输运体现在CO₂在盐水中溶解形成弱碳酸的过程；溶解-沉积动力学体现在碳酸对岩石的溶解以及反应产物的沉积过程中；由于低粘度盐水被高粘度CO₂置换而产生的流体动力不稳定性（粘性指进）；毛细效应以及重力作用导致的CO₂向上运移。
拟议工作的目标是将地层损害与其他变量相关联，即压力、温度、地层岩石类型、岩石孔隙度、水的组成、水中硫酸盐浓度、注入的CO₂体积、注入的水体积、CO₂与水的体积比、CO₂注入速率和水注入速率。
为实现拟议目标，将在模拟现场条件的压力和温度下，对不同岩石类型（碳酸盐岩、石灰岩和白云石、砂岩）进行实验室实验。CO₂将以超临界相使用，并研究不同的CO₂-水-岩石化学相互作用。还将使用地球化学模拟器（CMG-GEM）对实验结果进行定量分析。
结果表明，对于碳酸盐岩岩心，保持CO₂/盐水体积比高于1.0可减少地层盐水中碳酸氢盐的形成，并有助于最小化碳酸钙的沉淀。此外，WAG注水循环体积的增加可减少对岩心造成的损害。CO₂封存过程中的硫酸盐沉淀主要受温度控制。对于总溶解固体（TDS）含量高的地层盐水，即使硫酸盐浓度较低，也会发生硫酸钙沉淀。
对于白云石岩，温度、注入流速和注入方案对岩心渗透率没有明显影响，影响岩心渗透率变化的主要因素是初始岩心渗透率。砂岩岩心显示出显著的损害；CO₂注水后观察到岩心渗透率损失达35%至55%。
对于较短的WAG注水，损害更大；降低每周期注入的盐水体积可减少损害。在200°F和250°F的较高温度下，观察到的损害比70°F时更多。
德克萨斯农工大学
