二氧化碳减排、储存和资源化利用的基础研究

工程名称：二氧化碳减排、储存和资源化利用的根底争论首席科学家：起止年限：依托部门：

袁士义集团科学技术争论院2023.12023.8自然气集团公司 教育部中国科学院二、预期目标1、总体目标进展完善适合中国国情的规模化CO2捕集、埋存及高效利用理论并将争论成果转化为技术，实施CO2长期地质埋存和资源化利用的示范，在实施的试验区提高采收率10%以上，吨油埋存CO2到达1吨以上，表达CO2减排的社会效益和CO2高效利用的经济效益。2、五年预期目标本工程将在前期争论根底上，在规模化CO2捕集、埋存及高效利用根底争论“”后形成中国特点的CO2捕集、埋存及高效利用技术体系供给理论根底和科学依据。一个理论体系：进展与完善适合中国国情的CO2捕集、埋存及高效利用的理论技术体系。三个理论：适合中国国情的CO2长期地质埋存理论；陆相非均质低/特低渗透油藏CO2提高采收率理论；以O2/CO2循环燃烧为根底的型燃烧理论。建立与完善四个方法：油气藏、煤层气藏及咸水层等地质体CO2埋存潜力评价及监测方法；孔隙介质中CO2/地层油体系相态特征及渗流规律表征方法；提高CO2驱油效率与扩大涉及体积及埋存体积方法；低本钱的CO2捕集与分别方法。人才培育：培育CO2埋存和资源化利用国际知名专家3～5名，国内技术骨干10～15名，博士生20名，硕士争论生30～50名。表达两个效益：通过CO2埋存与驱油现场示范，在实施油田区块年埋存CO2到达10万吨以上，吨油埋存CO2到达1吨以上，表达CO2减排的社会效益；通过CO210％以上，表达CO2高效利用的经济效益。三、争论方案1、学术思路和技术途径本工程的根本学术思路是在CO2的高效资源化利用中实现其地质埋存。依据这一根本思路设臵争论内容，综合运用环境科学、地质学、化学、物理化学、流CO2CO2提高油气采收率—地质埋存一体化理论和技术体系奠定根底。依据本工程的总体争论目标，拟定如下的争论思路与途径：为理论与技术争论的公共根底。以CO2高效利用和地质埋存为主线设臵系，形成一个有机的争论体系。国油藏条件的CO2提高采收率技术。，并依据油田矿场试验中暴露出的问题完善理论与技术成果。2、工程的创与特色本工程的最大特色是CO2长期地质埋存和CO2O2地质埋存和2利用的根本原理和下几点：建立适合中国国情的CO2捕集、埋存及高效利用理论技术体系。进展CO2/特低渗透油藏CO2提高采收率理论、以O2/CO2循环燃烧为根底的型燃烧理论。CO2埋存潜力评价及监测方法、孔隙介质中CO2/地层油体系相态特征及渗流规律表征方法、提高CO2驱油效率与扩大涉及体积方法、规模化CO2捕集与分别方法。实现CO2减排的社会效益和CO2高效利用的经济效益。最终形成具有自主学问产权的CO2地质埋存和高效利用的综合技术，使我国CO2安全埋存—高效利用争论处于国际前列。3、取得重大突破的可行性分析本工程提出的CO2提高石油采收率与地质埋存一体化技术思路代表着环境科内跻身于世界领先地位。在CO2捕集方面，有望进展一种型的高温、低氧、非均相容积反响燃烧理念，并提出基于此理念的氧燃烧方式的设计计算原理。在提高石油采收率技术方面，CO2驱油的适应性及其效果对于油藏条件格外CO2混相驱在我国无法成为主导技术，迫切需要建立适合我国油藏特点的全的力。保障。年度

争论内容

预期目标完成工程与课题完成开题，并：线，全面开展争论工作。

①获得多种碳基燃料的燃烧特性和验装置安装调试、人工合成载氧体、活性以及动力学特性的变化规律；自然矿石载氧体等。CO2埋存潜力评价方

②完善油藏中CO2埋存与提高采收率法；国内外自然气藏、煤层气藏、咸CO2

埋存案例分析报告；第气藏、煤层气藏、咸水层中CO2埋存③明确大型代表性盆地充填演化特的主要埋存方式争论等。

CO2—地充填演化与地质埋存体时空分布 的数值验证等。特征刻画CO2封存场地储层盖层④建立孔隙介质中CO2/地层油体系岩石赋存的地质环境信息和地质特 相态关键参数测试方法；建立CO2/年征等；

地层油体系简单渗流根底数学模型。④高中低渗透岩石孔隙构造特征研CO2CO2/CO2地层油体系简单渗流根底数学模型。CO2的LBM⑤建立并完善试验装置、CO2渗流条⑥推举适合含CO2自然气田的CO2捕究等。 10-203-5项。险评价等；年 争论内容 度完成全部试验台架的搭建完善模50kWth燃烧综合试验装置的热态调拟争论模型，并猎取试验与计算数MILD燃烧反响动力学试验；据；获得煤粉MILD燃烧反响机理；多种碳基燃料的燃烧机理争论矿物低本钱载氧体的批量制备技术等；质成灰与痕量元素释放试验争论载②供给西部油藏CO2埋存潜力评价报氧体颗粒批量制备的争论等； ②西部油藏CO2埋存评价指标体系及筛选标准等。CO2埋存地质体特征、猎取咸水层中CO2埋存的评价指标等； CO2充注对目标储层、盖层岩石力学4．层中CO2埋存的地质体筛选标准。 第CO2CO2-EOR二CO2－水之间的反响试验、建立CO2/地层油流淌模型和解法分析等。

渗流根底数学模型求解方法；⑤确定影响非均质油藏CO2年CO2CO2-LBMCO2对储层物性影响规律及⑥1CO2CO2CO2CO2CO2混相驱开发效果等；输送工艺计算方法优选评价；开展驱扩大试验方案及先导试验调整方案；井筒完整性对策争论等；

评价参数；形成井筒完整性对策等；5-7项。年 争论内容 度①多种烟气循环方式下以煤为主的 ①各操作参数对以煤为主的碳基燃碳基燃料的燃烧特性和非主量组分 料的燃烧特性和非主量组分赋存迁赋存迁移和转化机理争论燃料种移和转化机理建立适用于燃烧设备类载氧体种类等相关的连续性测试放大的相像准则等；工作等；

CO2CO2CO2力学分析；自然气藏、煤层气藏CO2等。筛选标准等。

性价的工程地质力学评价方法等。CO2/地层油体系混相条第学模型、CO2在咸水层长期埋存的监件的方法；数值模拟器应用。CO2-LBMCO2CO2三状态等。CO2/地层油体

物反响生成物对储层物性的影响机⑥形成CO2年CO2算例应用

CO22相多组分模型争论、CO2驱对储层物渗透油藏驱油过程中的窜流特性研究等。⑥高含CO2自然气CO2分别提纯技术；采油井高效举升工具争论。

3-5项。年 争论内容度

预期目标含气固两相流淌传热的以煤为燃料②提交大型自然气藏、煤层气藏、咸的化学链燃烧过程数学模型等 油气藏、咸水层、煤层气藏CO2埋存潜力CO2埋存安全稳定性评价的工程地质CO2埋存地质体图册。力学方法、建立更加完善的流淌模CO2第CO2目标封存场地安全稳定性评价 ④相态理论和数值模拟方法的应用、方法、目标区块三维地质模型以及、检验与完善CO2CO2LBM四孔隙压集中数值模拟争论等

型；确定影响裂缝性低渗透油藏中CO2CO2年CO2器方案应用等。

⑥CO2CO2CO2CO2在裂缝性低渗透油成分层注气工艺管柱等。藏驱油过程中的窜流试验、提高CO2驱涉及效率方法争论等；⑥CO2超临界管道输送工艺争论；CO2超临界注入工设计方案争论；CO2驱采出气循环注入设计方案争论程方案争论等。

3-5项。年年度争论内容预期目标第①补充和完善争论；②工程与课题争论任务完成与报告①撰写10-15篇学术论文；3-5项；五③撰写工程与课题争论总结报告； 验收。年④课题结题验收； ④提交工程争论总结报告完成结题⑤工程结题验收。 验收。一、争论内容〔一〕拟解决的关键科学问题1CO2的低本钱富集与分别根底问题CO2的型燃烧的主流技术之一，需要争论吸取设备的多相流淌、传质理论等争论。其主要问题包括：基于煤粉容积燃烧〔MILD〕方式的型富氧燃烧理论；型燃烧方式的热力计算原理及工程放大规律；型燃烧方式下非主量组分的迁徙、转换和变化行为；基于化学链氧解耦的富氧燃烧理论；CO2吸附剂争论与应用；吸取剂的分子设计及气液吸取设备的多相流淌、传质问题。2CO2安全埋存的根底理论问题CO2的长期埋存为目标，争论目标储层和CO2埋存的影响和规律。其主要问题包括：CO2埋存的地质理论；CO2埋存评价方法；CO2资源化利用潜力评价；CO2提高煤层气藏、自然气藏采收率的可行性争论；CO2源—汇匹配与优化；⑥CO2地下长期埋存的监测和推测理论。CO2/地层原油体系在多孔介质中的相态特征及其表征问题相对简单，CO2/不同类型原油之间的相态变化较大。同时，争论觉察在孔隙介质中，CO2/原油体系相态与PVT筒中显著不同，需要深入争论，建立与进展多孔介质中〔微观尺度〕的相态理论。其主要问题包括：CO2-原油体系的相态理论；CO2/地层油体系相态测试方法；③各类孔隙介质〔重点是特低渗透油藏〕CO2/地层油体系相态特征；④含其他组分〔烃类、H2S、N2等〕CO2/地层油体系相态特征；CO2/地层油体系混相条件的方法及适应性。CO2提高油气采收率的渗流力学根底问题我国觉察大量低渗透/特低渗透油藏，非均质性严峻，驱油过程中渗流规律CO2混相/非混相驱油在多孔介质CO2驱油流度掌握与扩大涉及体积理论和方法。其主要问题包括：①CO2混相/非混相驱油在多孔介质中的渗流规律及主控因素；②CO2驱油与埋存过程对地层岩石矿物及物性的影响；③CO2驱油流度掌握设计原理与扩大涉及体积理论和方法；④地层条件下微观及宏观物理模拟；⑤多相多组分非线性渗流数值模拟。〔二〕主要争论内容66个课题组织争论。1CO21-CO22CO22-CO23-“油藏及相CO2针对科学问题3-“CO2/地层原油体系在多孔介质中的相态特征及其表征问4CO24-CO25-“CO2驱油中6-“O2埋存和提高采收率工程技各课题的主要争论内容如下：课题1：低本钱富集CO2的型燃烧原理和分别技术CO2CO2的根围绕煤炭氧燃烧方式的工业应用，针对其存在的固有的技术难点开展争论工Mild-Oxyfuel燃烧理念和根底。争论工作将围绕以下四个方面开放：MILD-Oxyfuel燃烧机理MILD-OxyfuelMILD燃烧容积燃烧过程；煤MILD-Oxyfuel燃烧方式下气固相互作用机制、混合过程及传热特性争论。型燃烧方式下非主量组分的迁徙、转换和变化行为CO2下外污特性；颗粒物以及易挥发重金属排放与富集规律。型燃烧方式的热力计算原理和工程放大规律标准和依据。基于中间载体富集O2的方法O2/CO2燃烧根底。2CO2埋存机理及潜力评价CO2长期埋存的问题，以油气藏、煤层气藏、咸水层等地质体为主要CO2CO2CO2排放源的布局供给决策依据。油气藏、煤层气藏、咸水层CO2埋存机理及地质影响因素争论从CO2在油气藏、煤层气藏及咸水层中的不同滞留方式动身，争论CO2CO2埋存潜力评价方法争论CO2在地质体中的埋存机理为根底，考虑埋存的有效性和长期安全性，CO2CO2埋存潜力的计算方法。CO2埋存潜力评价CO2埋存的大型油气藏、煤层气藏、咸水层的筛选，进展大CO2CO2的埋存潜力。CO2埋存地质体分布图册编制及埋存进展战略争论CO2CO2埋存地质体分布图册，依据地质体特征、埋存规模、技术成熟水公平因素，对CO2CO2埋存的中远期进展目标。3CO2埋存安全性评价及监控CO2的长期、安全埋存为CO2埋存的监测方法与技术。依据争论需要，将课题分解为七个子任务：沉积盆地充填演化与地质埋存体时空分布特征CO2目标埋存盆地的充填演化特征；刻画目标埋存CO2目标埋存体储层、盖层及断裂的空间配置特征及其地质历史演化期次。CO2埋存的油藏及相关地质埋存体的精细地质描述CO2目标埋存体的精细地质模型。CO2与水岩相互作用机理争论CO2－水之间的相互CO2在地质埋存体中与四周介质作用的CO2地质封存的特征。4、CO2埋存的目标储盖层工程地质力学特征与安全稳定性评价盖层工程地质力学特征，承受工程地质力学分析、岩体断裂力学分析、物理力学模拟试验和流-CO2目标埋存体储层、盖CO2流体注入过程的工程地质力学响应机制；争论目标储层、盖层岩石的CO2CO2CO2埋存场地稳定性评价与风险评估中。5、CO2在油藏储集层和深部咸水层长期埋存的监测方法与技术争论依据在不同介质中碳稳定同位素〔δ13C值〕的特征，系统测定试验区块的水、气体以及岩石样品的δ13C背景值，对注入试验不同时期的碳同位素比值变CO2在油藏储集层与深部咸水层的运移特性以及可能发生CO2在油藏储集层与深部咸水层长期埋存的安全性。6、CO2在地质埋存体中运移的数值模拟分模型的框架进展CO2-EORCO2CO2在埋存地质体中的流淌运移动态以及驱油效果进展推测与数值模拟。7、CO2在多孔介质的多相流淌与孔隙压传播特征CO2咸水层多相流淌数值模式，进展非正交同位网格三维高阶精度时空守恒元/解元数值方法与三维杂交粒子水平集方法；CO2注入埋存体所激CO2地质封存多相流淌数值模拟争论，模拟短周期内〔100年时间尺度内〕不同温度、压力与矿CO2在咸水层中的迁移、富集状态，争论孔隙压扰动的传播与压力积存时空演化过程。4CO2地层油体系相态理论与数值模拟质中CO2/地层油体系相态关键参数测试方法；测试和归纳各类孔隙介质〔重点是特低渗透储层介质中CO2/〔烃类、H2S、N2等〕时CO2/地层油体系相态特征；争论改善CO2/地层油体系混国油藏特点的CO2-地层油体系相态理论及考虑简单渗流特点的数值模拟方法。探究和建立孔隙介质中CO2/地层油体系相态关键参数测试方法〔孔隙CT、核磁共振以及微观模CO2/地层油体系相态关键参数测试方法；各类孔隙介质中CO2/地层油体系相态特征争论；PVTCO2/统争论孔隙介质中CO2/地层油体系相态特征；通过比照分析两类试验的特点，进一步完善孔隙介质中相态测试方法；归纳总结各类孔隙介质中CO2/地层油体系相态特征及其影响因素，建立表征方法和相关理论；CO2/地层油体系混相条件的方法及适应性争论；针对地层应力特点，探究高于原始地层压力条件下，CO2/地层油体系混相CO2/地层油体系混相条件；形成安全、有效、低本钱的改善CO2/地层油体系混相条件的方法。多相多组分非线性数值模拟方法争论；以室内试验争论为根底，综合考虑流体传质、固液物理化学反响/作用、宏观和微观集中/弥散、流体相态与组成变化等多种简单因素，建立根底数学模型，建立求解方法，优化数值计算方法，编制数值模拟器，丰富多相多组分非线性数值模拟理论。陆相沉积特点的CO2-地层油体系相态理论及简单渗流数值模拟方法以室内试验争论成果为根底，结合油田试验区实际进展，验证和完善CO2-CO2驱油与埋存方案，模拟课题5：CO2驱油中的渗流力学理论CO2混相/非混相驱油在多孔介质中的渗流CO2驱油与埋存过程对地层岩石矿物及物性的影响机理CO2CO2驱油效CO2驱油中的简单渗流理论。CO2驱油过程中多相渗流的微观数值模拟建立描述多相多组分在孔隙内流淌的格子Boltzmann〔LB〕CO2驱油过程CO2CO2-水多相体系在孔隙介质内的微观运移规律与机理、CO2-原油在孔隙介质内的混CO2-岩石反响与流淌及传质之间的相互影响规律等。CO2的多相体系的渗流特点，并与相关物理试验和宏观数值模拟相互支持、相互验证。CO2驱油过程中储层岩石物性变化机理CO2与油层岩石、地层水反响生成物质的析出、固化及其对储层孔隙构造和渗透率的影响机理与规律：CO2与岩石组分反响生成物对储层孔隙构造和渗透率的影响机理与规律：CO2作用后的岩样内部进展观看得到不同径向CO2驱替过程中，在不同的油藏温度及压力下，CO2与不同类型的岩石矿物反响所生成的物变化对储层孔隙构造和渗透率的影响。CO2对岩石矿物溶蚀导致储层孔隙构造和渗透率的变化机理与规律：争论CO2与地层水反响所形成的碳酸对岩石溶蚀所引起的储层微观孔隙构造的变化构造和渗透率的影响；CO2与岩石的作用时间对孔隙构造和渗透率的影响。CO2与地层水中不同离子反响生成物对储层孔隙构造和渗透率的影响机理CO2驱替过程中，在不同的温度及压力下，地层水中的不同离子CO2作用所生成的不同沉积物对储层孔隙构造和渗透率影响；地层水的离子组成和矿化度对沉积物形成影响。CO2驱油过程中储层流体物性变化机理CO2与原油反响的生成物质及沥青质、石蜡等固态析出物质对储层渗透率的影响机理与规律；CO2与原油重组分反响的生成物、沥青质、蜡颗粒对储层渗透率的影响机CO2作用后的岩曲度等，争论在混相和非混相条件下，CO2对原油抽提后所剩余的重组分〔沥响；CO2与原油反响的生成物、沥青质、蜡颗粒与水间的界面性质及其储层渗透率影响。CO2与油层岩石、地N-SCO2CO2驱油时孔隙构造或吼道的微小变化可能导致渗透率的变化。CO2CO2与储层岩石、地层水CO2对储层孔隙构造、渗透率转变的物理化学模型。CO2CO2驱油的渗流CO2驱油进展宏观数值模拟争论CO2驱油渗流机理。CO2混相/非混相驱油在多孔介质中的渗流规律及主控因素CO2在多孔介质中的渗流规律开展混相和非混相的条件争论，建立基CO2混相和非混相在多孔介CO2在多孔介质渗流过程中的混相和非混相现象进展渗流特征的主控因素CO2渗流的影响因素。典型原油组分的CO2CO2CO2混相压力数学表征方法。CO2的分区渗流数学模型：基于混相压力CO2混相渗流数学模型；考虑混相和非混相时多孔介CO2的分区渗流数学模型。CO2CO2的分区渗流数学模型的求解；CO2一维驱替试验的数值试验方法；CO2二维平面物理模拟试验的数值试验方法。CO2CO2混相和非混CO2混相/非混相渗流规律的争论，通过分析不同因素〔流体性质、储层特征、注采条件等〕CO2混相半径、渗CO2混相、非混相在多孔介质CO2渗流效果的主控因素。CO2驱油流度掌握设计原理与扩大涉及体积方法CO2CO2在地层条件渗流及驱油机理。CO2CO2非混相驱油〔法。CO2在非均质油藏驱油过程中的突进机理与影响因素争论：CO2在不同渗效果的关系争论；气体突进因素的构成及主要影响因素。CO2在裂缝性低渗透油藏驱油过程中多相渗流及窜流特性争论：油水在裂缝和致密基质介质中的渗流试验；CO2在裂缝和致密基质的渗流试验；油、水CO2在裂缝—致密基质中的渗流理论分析。CO