高温高压CO2-原油-地层水三相相平衡溶解度规律

Practice has proved that the reservoir is one of the best places for CO2 geological sequestration. Oil always co-exists with water. The dissolution of the injected CO2 into the crude oil and the phase equilibrium between CO2, crude oil and formation water within formation water will directly affect the potential of CO2 dissolution and sequestration. However, there is no proof of this three-phase equilibrium, and the equilibrium dissolubility of CO2- crude oil-formation water is bound to be different with the two-phase equilibrium dissolubility between CO2- crude oil and CO2-formation water. Therefore, error always existed with the dissolving sequestration potential which is calculated from two-phase equilibrium dissolubility. With the tool of high temperature and high pressure PVT, phase equilibrium experiments are carried out at different temperatures and pressures with different salinities and saturation. The theoretical model based on experimental results and the dissolubility of CO2 optimizes and modifies the interaction parameters, and the phase equilibrium dissolubility model of three phases is established. The aim of the research is to reveal CO2 dissolving sequestration and storage capacities, provide basic data and scientific basis for CO2 driving and sequestration research, and promote large-scale development of CO2 effective storage.

实践证明油藏是CO2地质封存的最佳场所之一。油藏中总是油水同存，注入的CO2不断溶解到原油和地层水中形成CO2-原油-地层水三相相平衡，将直接影响CO2的溶解封存潜力。然而，调研未发现CO2-原油-地层水三相相平衡研究，而CO2-原油-地层水三相相平衡溶解度规律势必与CO2-原油及CO2-地层水两相相平衡溶解度规律存在差别，从而造成用两相相平衡溶解度结果计算的油藏CO2封存过程中的溶解封存潜力存在较大误差。利用高温高压PVT仪开展不同温度压力、不同矿化度及不同含水饱和度下的CO2-原油-地层水三相相平衡规律实验，基于实验结果和CO2溶解度理论模型拟合，优选和修正最佳模型的相互作用参数，建立新的CO2-原油-地层水三相相平衡溶解度理论模型，揭示CO2在油藏中的溶解封存的规律及埋存潜力，为油藏CO2驱油与封存研究提供基础数据和科学依据，同时可推动CO2在油藏中安全有效埋存的规模化发展。

实践证明CO2是良好的驱油剂，且油藏是CO2地质封存的最佳场所之一。油藏注CO2后不断与地层原油和地层水接触从而形成CO2-原油-地层水三相相平衡，在三相相平衡时的溶解度大小将直接影响CO2的溶解封存潜力。然而，目前并未发现有CO2-原油-地层水三相相平衡溶解度相关研究，采用两相相平衡溶解度模型直接计算的结果与实际结果存在差异。因此，开展高温高压CO2-原油-地层水三相相平衡溶解度规律具有重要的意义。基于CO2-原油和CO2-地层水两相相平衡溶解度规律实验，优选出精度较高的CO2-原油两相相平衡溶解度模型——Frank模型和CO2-地层水两相相平衡溶解度模型——Furnival模型，并以两相相平衡溶解度模型为基础，建立了考虑温度、压力、矿化度及原油注气体积系数变化下的CO2-原油-地层水三相相平衡溶解度模型，通过与两种样品的CO2-原油-地层水三相相平衡规律实验结果对比分析发现，新建模型具有较高的精度，其相对误差小于10%。该模型适用范围为0-100℃、0-69MPa。研究发现，CO2在地层原油中的溶解度为线性增加趋势，且溶解系数受轻烃组分含量的影响，轻烃组分含量越高，溶解系数越大，受溶解气油比影响，溶解气油比越大，相同温度压力条件下的CO2溶解度越小。CO2在地层水中的溶解度随压力增大而增大，在小于10MPa左右时溶解系数逐渐减小，当大于10MPa时溶解系数趋于稳定，溶解度随压力增大几乎呈线性增大趋势；随温度增大而减小，但在100℃以上时受蒸发影响溶解度变化较大，随矿化度增大而略有减小。CO2在油水混合物中的三相相平衡溶解度随含水率增加而减小，相同含水率时，溶解系数略有下降趋势，但下降幅度很小；受CO2在油中和水中的溶解系数偏差影响，当三相共存时油和水对CO2的竞争能力直接影响CO2-原油-地层水三相相平衡溶解度规律。