本發(fā)明涉及石油天然氣勘探與開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，具體的涉及一種利用超臨界CO2開(kāi)采廢棄高溫氣藏地?zé)岬墓に嚪椒ā?br/>
背景技術(shù)：
地?zé)崾且环N具有廣泛發(fā)展前景的清潔可再生能源，與其他能源(如太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐和生物質(zhì)能)相比，具有能源強(qiáng)度大、分布廣、受自然環(huán)境影響小及維護(hù)成本低等特點(diǎn)。中國(guó)地處環(huán)太平洋地?zé)釒Ш偷刂泻?喜馬拉雅地?zé)釒Х秶?，地?zé)豳Y源豐富。面對(duì)日益嚴(yán)重的能源危機(jī)和節(jié)能減排壓力，大力發(fā)展地?zé)峒夹g(shù)，有望替代大量常規(guī)化石燃料。將超臨界CO2作為攜熱介質(zhì)是近年來(lái)提出的一種新的地?zé)衢_(kāi)發(fā)技術(shù)。與水相比，利用超臨界CO2開(kāi)采地?zé)嶂饕哂幸韵聝?yōu)勢(shì)：①儲(chǔ)層條件下，超臨界CO2密度大、粘度低、熱容高，具有較高的熱交換效率和攜熱能力，易于注入和在巖層中滲流，特別適用于深部、低滲儲(chǔ)層地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)；②超臨界CO2在注采井筒間的溫差可以引起更強(qiáng)烈的熱虹吸現(xiàn)象，有利于降低地面熱泵功率；③超臨界CO2是非極性溶劑，對(duì)地層礦物溶解度小，在無(wú)地層水情況下，可以避免注采井筒及地面管匯中的結(jié)垢問(wèn)題；④可以結(jié)合地質(zhì)埋存技術(shù)，將大部分CO2埋存地下，地?zé)衢_(kāi)采所獲得的收益可以用于補(bǔ)償CO2埋存費(fèi)用。干熱巖是最具前景的地?zé)豳Y源，前期的研究主要集中在注CO2開(kāi)采干熱巖地?zé)幔瑢?duì)于同樣具有應(yīng)用潛力的深部鹽水層、油氣田地?zé)?、地壓型地?zé)岬瘸练e巖地?zé)徇€未引起足夠重視，雖然大部分屬于中低溫地?zé)?，但資源儲(chǔ)量豐富、認(rèn)識(shí)程度較高、換熱面積較大、地質(zhì)條件安全，應(yīng)是近期注CO2開(kāi)采地?zé)岷偷刭|(zhì)埋存的首選。數(shù)值模擬結(jié)果表明，在相同溫度壓力、地層流體與注入流體一致的情況下，超臨界CO2在干熱巖(壓裂裂縫)中的質(zhì)量流量可以達(dá)到H2O的3.7-4.7倍，采熱速率達(dá)到H2O的1.4-1.7倍；而超臨界CO2在沉積巖地?zé)醿?chǔ)層(具有天然孔隙)中的采熱速率可以達(dá)到H2O的2.7倍，是在干熱巖中采熱速率的1.8倍，這主要得益于沉積巖較大的孔隙內(nèi)表面積，更有利于超臨界CO2與儲(chǔ)層巖石的熱交換。但是，鹽水層、地壓型地?zé)岷退?qū)油藏等沉積巖地?zé)醿?chǔ)層孔隙中往往充滿地層水，地?zé)衢_(kāi)采初期必須經(jīng)過(guò)一段或較長(zhǎng)時(shí)間的產(chǎn)水過(guò)程，超臨界CO2才能成為主要工作流體，且CO2與巖石、地層水的長(zhǎng)期相互作用也會(huì)對(duì)儲(chǔ)層物性造成損傷，這些都限制了超臨界CO2攜熱優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮。而天然氣藏孔隙中初始流體主要為甲烷氣，且某些高溫氣藏蘊(yùn)藏著豐富的地?zé)豳Y源(如表1所示)，若針對(duì)這些高溫氣藏，采用超臨界CO2作為攜熱介質(zhì)開(kāi)采地?zé)?，則可保證地下流體主要為氣相，避免地?zé)衢_(kāi)發(fā)初期的產(chǎn)水過(guò)程，有利于超臨界CO2攜熱優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮。因此，本發(fā)明結(jié)合注CO2提高氣藏采收率和地質(zhì)埋存技術(shù)，提出一種基于超臨界CO2作為攜熱介質(zhì)的開(kāi)采廢棄高溫氣藏地?zé)岬墓に嚪椒?。?部分高溫氣藏地質(zhì)特征與地?zé)豳Y源潛力

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種注CO2開(kāi)采廢棄高溫氣藏地?zé)岬墓に嚪椒ǎ唧w步驟如下：(1)高溫氣藏進(jìn)行降壓開(kāi)采，至儲(chǔ)層降低至衰竭壓力時(shí)關(guān)閉生產(chǎn)井；(2)根據(jù)氣藏現(xiàn)場(chǎng)布井方式，合理轉(zhuǎn)變生產(chǎn)井工作制度：首先，將部分生產(chǎn)井轉(zhuǎn)變?yōu)樽⑷刖?，并將上部射孔井段封閉，僅保留下部射孔井段用于CO2注入；其次，將剩余或部分生產(chǎn)井下部射孔井段封閉，僅保留上部射孔井段用于天然氣生產(chǎn)；最后，同時(shí)打開(kāi)生產(chǎn)井和注入井，通過(guò)注入井向高溫廢棄氣藏中注入CO2驅(qū)替天然氣，提高氣藏采收率；(3)當(dāng)生產(chǎn)井產(chǎn)出氣體中CO2濃度達(dá)到某一標(biāo)準(zhǔn)后，直接關(guān)閉生產(chǎn)井，或隨著產(chǎn)氣中CO2濃度升高，采取措施對(duì)天然氣進(jìn)行綜合利用后再關(guān)井，注入井繼續(xù)注入CO2，將氣藏壓力提高至原始水平，建立高純度CO2氣藏地?zé)醿?chǔ)層；(4)轉(zhuǎn)變注入井和生產(chǎn)井工作制度：首先，將原注入井作為生產(chǎn)井，將原生產(chǎn)井作為注入井，同時(shí)封閉原注入井下部射孔井段，采用上部射孔井段生產(chǎn)，封閉原生產(chǎn)井上部射孔井段，采用下部射孔井段注入；進(jìn)行超臨界CO2的循環(huán)注采，將開(kāi)采出來(lái)的高溫高純度CO2進(jìn)行熱量利用后，再通過(guò)注入井回注；(5)當(dāng)高溫氣藏不再具有地?zé)衢_(kāi)采價(jià)值或達(dá)到設(shè)計(jì)工程年限時(shí)，關(guān)閉注入井和生產(chǎn)井，進(jìn)行CO2的永久性封存。其中，步驟(1)、(2)的主要目的是，獲取一個(gè)盡可能高的氣藏采收率，從而使得有更多的CO2可以注入氣藏，建立一個(gè)高純度高溫CO2氣藏地?zé)醿?chǔ)層。步驟(2)施工時(shí)，采用較高的注采比，可以保證在獲得較好的提高氣藏采收率(EGR)效果的同事，還可以縮短建立高純度高溫CO2氣藏的工程期限，從而較快開(kāi)始地?zé)衢_(kāi)采。步驟(3)的主要目的是，使氣藏壓力上升并恢復(fù)至原始水平，同時(shí)進(jìn)一步提高氣藏中CO2純度，以充分發(fā)揮超臨界CO2的采熱優(yōu)勢(shì)。步驟(3)中，將生產(chǎn)井產(chǎn)出氣中CO2含量達(dá)到10mol％作為關(guān)井標(biāo)準(zhǔn)，此時(shí)注CO2提高氣藏采收率階段的經(jīng)濟(jì)收益一般較佳。步驟(3)中，可采取的產(chǎn)出天然氣綜合利用措施包括：當(dāng)產(chǎn)出氣中CO2含量達(dá)到10-40mol％時(shí)，采用燃?xì)獍l(fā)電，燃燒尾氣直接回注氣藏；當(dāng)產(chǎn)出氣中CO2含量達(dá)到40-90mol％時(shí)，對(duì)產(chǎn)出氣中CO2進(jìn)行捕集分離，分離得到的CO2直接回注，剩余的天然氣另作他用；當(dāng)產(chǎn)出氣中CO2含量大于90mol％時(shí)，可直接回注氣藏；最后關(guān)閉生產(chǎn)井。步驟(4)的主要目的是，基于所建立的高純度CO2氣藏，可將地下高溫CO2氣體開(kāi)采出來(lái)進(jìn)行地?zé)崂茫⒗猛旰罄鋮s的CO2氣體回注到氣藏進(jìn)行加熱。由于氣藏具有已證實(shí)的密封性能，CO2在高溫氣藏循環(huán)注采過(guò)程中可以維持在原始?jí)毫?，而不?huì)發(fā)生泄漏。這不同于常規(guī)的注CO2開(kāi)采干熱巖地?zé)嵯到y(tǒng)，注CO2開(kāi)采干熱巖地?zé)釙r(shí)，需要不斷的補(bǔ)償注入CO2來(lái)彌補(bǔ)CO2向圍巖中的滲漏。步驟(3)、(4)中，當(dāng)高純度CO2氣藏開(kāi)始循環(huán)開(kāi)采地?zé)釙r(shí)，氣藏中CO2純度至少應(yīng)達(dá)到90mol％以上。步驟(5)的主要目的是，當(dāng)?shù)責(zé)衢_(kāi)采結(jié)束后，關(guān)閉所有注采井，實(shí)現(xiàn)CO2的永久性封存。CO2在氣藏中的埋存量在步驟(3)中已經(jīng)達(dá)到最大，因此，在步驟(4)、(5)中不會(huì)有更多的CO2埋存在氣藏中。本發(fā)明的有益效果為：①采用超臨界CO2開(kāi)采高溫廢棄氣藏地?zé)?，可?shí)現(xiàn)攜熱介質(zhì)在地?zé)醿?chǔ)層中的單相滲流，避免采用水作為攜熱介質(zhì)時(shí)的氣水同產(chǎn)過(guò)程，充分發(fā)揮超臨界CO2的攜熱優(yōu)勢(shì)，有利于地面換熱及利用工藝的實(shí)施；②高溫廢棄氣藏具有天然的孔隙結(jié)構(gòu)，無(wú)須壓裂(或開(kāi)采天然氣時(shí)已壓裂)，滲透性高，換熱面積大，有利于超臨界CO2與地?zé)醿?chǔ)層間的熱交換；③采用注CO2提高氣藏采收率以及注CO2恢復(fù)氣藏壓力，不僅可以獲得額外的天然氣產(chǎn)出，還可以快速建立高純度的CO2高溫氣藏，以方便后續(xù)注CO2循環(huán)開(kāi)采地?zé)岬倪M(jìn)行；④氣藏具有自我證實(shí)的密封性地質(zhì)條件，地?zé)衢_(kāi)發(fā)結(jié)束后關(guān)井，可實(shí)現(xiàn)CO2的永久封存，也可作為一種CO2氣體資源，以備后用；⑤高溫廢棄氣藏建有相對(duì)完善的生產(chǎn)井網(wǎng)，地?zé)衢_(kāi)采期間可以充分利用現(xiàn)有井網(wǎng)，節(jié)省大量前期基礎(chǔ)建設(shè)投資；⑥氣藏儲(chǔ)層認(rèn)識(shí)程度高，地質(zhì)資料豐富，可進(jìn)行可靠的地?zé)醿?chǔ)量以及地?zé)衢_(kāi)發(fā)效果評(píng)價(jià)，有利于降低地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)和維護(hù)成本。附圖說(shuō)明圖1注CO2開(kāi)采廢棄高溫氣藏地?zé)峁に嚵鞒淌疽鈭D。其中，1、氣井A，2、氣井A上部射孔井段，3氣井A下部射孔井段，4、氣藏水氣界面，5、氣井A下部封隔器，6、氣藏蓋層，7、氣井B，8、氣井B上部射孔井段，9、氣井B下部射孔井段，10、氣井B下部封隔器，11、氣藏下部?jī)?chǔ)層。圖2不同注采方案下EGR、CO2純度和CO2埋存量。圖3不同注采方案下CO2純度和CO2埋存量關(guān)系圖。圖4不同注采方案下CO2EGR和純注入時(shí)間(壓力恢復(fù)時(shí)間)。圖5不同注采方案下綜合指數(shù)。圖6CH4含量對(duì)超臨界CO2采熱速率的影響。圖7儲(chǔ)層壓力對(duì)采超臨界CO2熱速率的影響。圖8儲(chǔ)層溫度對(duì)采超臨界CO2熱速率的影響。圖9儲(chǔ)層含水飽和度對(duì)超臨界CO2采熱速率的影響。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。一種注CO2開(kāi)采高溫廢棄氣藏地?zé)岬墓に嚪椒?，具體步驟如下：(1)如圖1a所示，選取無(wú)邊底水或邊底水較弱、溫度高于90℃具有地?zé)衢_(kāi)采潛力的高溫氣藏；按照氣田開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)井網(wǎng)進(jìn)行天然氣開(kāi)采；以相鄰兩口井為例，鉆取直井A1和直井B7，并貫穿整個(gè)氣藏儲(chǔ)層，分別將井段2、3和8、9全部射孔打開(kāi)，進(jìn)行全井段天然氣開(kāi)采；直至天然氣采收率達(dá)到80％，儲(chǔ)層降低至衰竭壓力。(2)如圖1b所示，改變井B7的工作制度，將井B7改為CO2注入井。首先將井B7上部射孔井段8封閉，僅保留下部射孔井段9用于CO2注入；其次，將井A1下部射孔井段3封閉，僅保留上部射孔井段2用于天然氣生產(chǎn)；最后，同時(shí)打開(kāi)注入井B7和生產(chǎn)井A1，通過(guò)注入井B7向高溫廢棄氣藏中注入CO2驅(qū)替天然氣，提高氣藏采收率。在氣藏條件下，CO2的密度和粘度明顯高于甲烷，因此井B7注入的CO2首先在氣藏底部聚集，并沿著氣藏底部向井A1運(yùn)移和驅(qū)替甲烷，位于氣藏底部的地層水4有利于減弱注入CO2與殘余甲烷的混合，促進(jìn)形成穩(wěn)定的驅(qū)替剖面，從而獲得較高的提高采收率幅度，使最終采收率達(dá)到90％以上。(3)如圖1c所示，當(dāng)井A1產(chǎn)出氣中CO2含量達(dá)到10mol％時(shí)，關(guān)閉井A1。或不關(guān)閉井A1，繼續(xù)開(kāi)采天然氣，當(dāng)產(chǎn)出氣中CO2含量達(dá)到10-40mol％時(shí)，利用產(chǎn)出氣進(jìn)行燃?xì)獍l(fā)電，燃燒尾氣直接回注氣藏；當(dāng)產(chǎn)出氣中CO2含量達(dá)到40-90mol％時(shí)，對(duì)產(chǎn)出氣中CO2進(jìn)行捕集分離，分離得到的CO2直接回注，剩余的天然氣另作他用；當(dāng)產(chǎn)出氣中CO2含量大于90mol％時(shí)，可直接回注氣藏；最后關(guān)閉生產(chǎn)井。(4)步驟(3)運(yùn)行的同時(shí)，增加井B7中CO2注入速率，從而快速提高高溫廢棄氣藏儲(chǔ)層壓力，直至氣藏中CO2純度達(dá)到90％以上，氣藏壓力恢復(fù)至原始水平左右，CO2達(dá)到超臨界狀態(tài)。(5)如圖1d所示，轉(zhuǎn)變注入井和生產(chǎn)井工作制度，將井A1改為注入井進(jìn)行CO2注入，將井B7改為生產(chǎn)井進(jìn)行CO2生產(chǎn)。首先，將井A1上部射孔井段2封閉，打開(kāi)下部射孔井段3；其次，將井B7下部射孔井段9封閉，打開(kāi)上部射孔井段8；最后，同時(shí)打開(kāi)注入井A1和生產(chǎn)井B7，進(jìn)行超臨界CO2循環(huán)開(kāi)采，將井B7開(kāi)采出來(lái)的高溫高純度CO2進(jìn)行熱量利用后，再通過(guò)井A1回注至氣藏儲(chǔ)層中。(6)關(guān)閉井A1和井B7，并對(duì)井A1和井B7進(jìn)行永久性封井，將氣藏中循環(huán)流動(dòng)的CO2永久封存在儲(chǔ)層中。為在較短的時(shí)間內(nèi)，實(shí)現(xiàn)廢棄高溫氣藏向含高純度CO2地?zé)醿?chǔ)層的轉(zhuǎn)變，需研究不同注采制度、注采速度等條件下，注CO2提高天然氣采收率和氣藏壓力恢復(fù)過(guò)程對(duì)建立高純度CO2地?zé)醿?chǔ)層品質(zhì)的影響，進(jìn)而確定最佳注采方案。因此，假設(shè)一高溫廢棄氣藏，采用五點(diǎn)井網(wǎng)開(kāi)發(fā)，選取五點(diǎn)井網(wǎng)的1/4區(qū)域，對(duì)角設(shè)置一口注入井和一口生產(chǎn)井，進(jìn)行高純度CO2氣藏建立過(guò)程的數(shù)值模擬評(píng)價(jià)。地質(zhì)模型基本參數(shù)如下：長(zhǎng)1000m，寬1000m，厚度50m，埋深3000m，傾角0度，原始溫度150℃，原始?jí)毫?0MPa，廢棄壓力6MPa(采收率已為80％)，水平方向滲透率10md，垂向滲透率5md，孔隙度0.15，初始流體組分為100％CH4?？紤]不同EGR和氣藏壓力恢復(fù)流程、以及不同注采速度，設(shè)置模擬方案和模擬結(jié)果分別如表2～表5和圖2～圖5所示。根據(jù)物質(zhì)平衡原理，提高采收率幅度越大，最后氣藏恢復(fù)原始水平后，氣藏中的CO2純度相應(yīng)越高，CO2埋存量亦相應(yīng)越大，三者具有較好的相關(guān)性。由圖2和圖3可知，先進(jìn)行EGR再恢復(fù)氣藏壓力以及同時(shí)EGR和恢復(fù)氣藏壓力的方案(即Case1和Case3)效果要明顯好于先恢復(fù)氣藏壓力后EGR方案(即Case2)，前者提高采收率幅度在10％左右，尤其是先EGR再恢復(fù)氣藏壓力方案(Case1)，提高采收率幅度在10～12％，而后者提高采收率幅度僅為0.8～1.5％，說(shuō)明先恢復(fù)氣藏壓力方案(Case2)，將導(dǎo)致CO2和甲烷混合嚴(yán)重，不利于提高采收率。為了快速實(shí)現(xiàn)地?zé)衢_(kāi)采，需縮短EGR和恢復(fù)氣藏壓力時(shí)間，即縮短建立高純度高溫CO2氣藏的工程期限。如圖4所示，先恢復(fù)氣藏壓力方案(Case2)的工程期限較短，在1860-1980天(5.1-5.4年)，其次是同時(shí)EGR和恢復(fù)氣藏壓力方案(Case3)，工程期限在2310-3930天(6.3-10.8年)，工程期限最長(zhǎng)的是先EGR再恢復(fù)氣藏壓力方案(Case1)，在2670-4470天(7.3-12.2年)。從分別用于EGR和恢復(fù)氣藏壓力的時(shí)間來(lái)看，各方案用于恢復(fù)氣藏壓力的時(shí)間差別不大，主要在1680-1830天(4.6-5年)，造成工程期限差別較大的原因，主要在于EGR過(guò)程的時(shí)間不同，而EGR時(shí)間主要與注采速度有關(guān)，注采速度越小，EGR時(shí)間越長(zhǎng)，反之越短。如圖5所示，定義提高采收率幅度(％)/工程期限(年)，即年平均提高采收率幅度(％/a)作為評(píng)價(jià)各方案優(yōu)劣的綜合指標(biāo)。通過(guò)對(duì)比得到，Case1-F3和Case3-F3方案的綜合指數(shù)最高且相同，均為1.48，但考慮到工程期限，選擇Case3-F3，即選擇同時(shí)EGR和恢復(fù)氣藏壓力方案，注采比為2：1，總工程期限為2310天(6.3年)，其中EGR630天(1.7年)，純注入埋存1680天(4.6年)。故采用較高的注采比，不僅可以獲得較高的EGR，還可以縮短建立高純度高溫CO2氣藏的工程期限。為了評(píng)價(jià)高純度高溫CO2氣藏品質(zhì)對(duì)注CO2開(kāi)采地?zé)嵝Ч挠绊?，分別對(duì)氣藏中CO2純度、溫度、壓力以及含水飽和度等敏感性因素進(jìn)行了的分析，如圖6～圖9所示。超臨界CO2的采熱速率隨著儲(chǔ)層壓力和溫度升高而增加，但隨著氣體中CH4含量和儲(chǔ)層含水飽和度增加而降低。因此，在利用超臨界CO2開(kāi)采高溫廢棄氣藏地?zé)釙r(shí)，應(yīng)當(dāng)將氣藏壓力恢復(fù)至較高水平，且盡量提高氣藏中CO2的純度，應(yīng)盡量選擇儲(chǔ)層溫度高、但含水飽和度較低的高溫廢棄氣藏。以上是本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式，本發(fā)明具體實(shí)施方式不能僅限于此，對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在未脫離本發(fā)明思路的前提下，還可做出其他類似的改變，而這都應(yīng)視為本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。表2高純度高溫CO2氣藏建立模擬方案表3方案1模擬結(jié)果統(tǒng)計(jì)表4方案2模擬結(jié)果統(tǒng)計(jì)表5方案3模擬結(jié)果統(tǒng)計(jì)