Weyburn碳酸盐岩储层的反应性
作为加拿大萨斯喀彻温省Weyburn油田提高采收率项目的一部分，将二氧化碳注入Midale组碳酸盐岩储层。由于这是一个活跃而成熟的油田，有很多井，几乎可以在任何时候采集岩心样本和流体样本。作为能源机构二氧化碳监测和储存项目(Wilson和Monea, 2004年)的一部分，北美和欧洲小组采用了三管全的方法来研究二氧化碳对储层地球化学的影响:监测来自深井的实际储层流体的变化;模拟储层内原位条件的实验室实验;以及对短期到长期内储层条件变化的预测模型。下面列出了部分结果。
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- 10"" 10:' 101 1CT 10' 10" 10s 106 107 10°10:' 10"-时间(秒)
图3。富CO2 Weyburn卤水(1molal CO2)与储层矿物在50°C下反应1000年:pH值和溶解态和矿物态碳总量的演变，以mol/REV表示(Durst et al.， 2003)。REV是3.85 l的代表性基本体积，对应于1 l流体和2.85 l岩石。
通过数值模拟评估了Weyburn储层的长期矿物圈闭潜力。图3展示了典型Weyburn盐水(50°C，盐度81 g/l)饱和1mol溶解CO2与储层矿物在封闭系统中反应1000年的结果。使用PHREEQC代码进行计算。该模型的主要结果如下(Durst et al.， 2003):
•预测富co2盐溶液相对于碳酸盐、硫酸盐和硫化物的快速热力学再平衡。由此导致的碳酸盐的快速溶解导致溶解碳的增加，而矿物形式的碳的数量减少。
•铝硅酸盐(铁-绿泥石，伊利石和钾长石)的缓慢溶解，允许钠云母和菱铁矿沉淀，以矿物形式捕获CO2。在模拟时间约3年后，预测的溶液中碳浓度不断降低，而越来越多的碳以矿物形式被捕获。
•由于系统是封闭的，系统中碳的总量是恒定的。
•据预测，最初溶解在盐水中的50%的二氧化碳将在1000年后以矿物相(菱铁矿、钠云母)的形式被捕获，
•然而，1000年后仍未达到热力学平衡。
•当系统关闭时，预测孔隙度没有显著变化(批量计算)。然而，对于具有显著平流流动的开放体系，碳酸盐反应会导致孔隙度发生明显变化。
Perkins等人(2004)尝试了对油藏规模的外推。计划的二氧化碳注入量在2000 - 2500万吨左右。从长远来看，Weyburn Midale储层有潜力通过溶解性和矿物捕集机制储存所有注入的二氧化碳，但前提是储层的每个部分都与溶解的二氧化碳接触。
在模拟的原位条件下(60°C, 15-25 MPa)， Midale组的井眼材料样品与CO2和合成储层水反应，进行了一系列实验室实验。实验时间从1周到6个月不等。测量了流体化学、矿物学、孔隙度和渗透率的变化。批量实验的基本布局如图4所示。同时进行了流体流速为15 ~ 29 cm/d的岩心驱替实验。基于观测到的变化和使用SCALE 2000和PHREEQC代码的数值模拟，这些实验的解释结果如下所述(Azaroual et al.， 2004;Riding and Rochelle, 2005)。
图4。在储层温度和压力条件下，岩石样品与饱和co2盐水反应的批量实验布局。容器容积100-150毫升。
在封闭系统批量实验中，Midale岩性(石灰石、白云岩和硬石膏)显示出不同数量的碳酸盐矿物溶解，一些石膏沉淀结合碳酸盐矿物释放的钙(图5)，硬石膏溶解被“抑制”，铝硅酸盐矿物在实验时间尺度上的反应性较差。
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- 图5。在储层条件(60°C, 15 MPa)下，Weyburn储层岩石与CO2反应8周后，石膏晶体长度可达2.5 mm (Riding and Rochelle, 2005)。
在CO2驱油测试中，观察到的溶解特征仅限于进口端，即饱和CO2盐水进入样品的地方(图6)。方解石和白云石表现出不同的腐蚀状态。孔隙度增大，基质透气性增大。CO2驱油实验中未发现沉淀矿物。
利用一维PHREEQC反应性运移代码模拟了Weyburn储层Midale组在CO2注入条件下(150 bar, 54°C) Midale组物质的长期演化。在模拟的10,000年时间周期内，预测了与平流/扩散/弥散运输过程耦合的矿物溶解/沉淀反应动力学的影响。考虑了不同的流量，从未受干扰的自然含水层流量(0.25 m/年)到靠近注入区(50 m/年)的更高流量。模拟结果表明，主要反应发生在注射区附近。方解石溶解在系统的最入口处，而硫酸钙相(硬石膏或石膏)析出。长石在很长一段距离内溶解，而钠长石则析出。粘土表现出两条反应锋，靠近注入区溶解，但进一步沉淀。玉髓，一种硅相，具有相反的行为。最后，由于这些溶解/沉淀反应，预计孔隙度将增加。在流量为0.25米/年的情况下，在1D柱的前10米，初始20%的孔隙率预计将在1000年后增加20.3%，在10000年后增加25%。
图6。GEUS进行CO2驱实验后，Weyburn储层岩石样品的入口端。实验后试样表面出现大量小凹坑。它们代表溶解的方解石颗粒。(赖丁和罗谢尔，2005;图片在GEUS的许可下复制)。
图6。GEUS进行CO2驱实验后，Weyburn储层岩石样品的入口端。实验后试样表面出现大量小凹坑。它们代表溶解的方解石颗粒。(赖丁和罗谢尔，2005;图片在GEUS的许可下复制)。
Weyburn二期项目将进行进一步调查。耦合CO2柱位移、CO2溶解过程以及地球化学相互作用的更准确的估计对于研究注入CO2的最终命运是必要的。
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