碳封存｜法国石油研究院-能源转型CCS/CCUS软件解决方案

刘萝卜锅

CCUS（Carbon Capture, Utilization and Storage ，二氧化碳捕集利用与封存）技术是迅速降低大气CO２含量的最有效手段，流程包含了包括捕集、输送、化工利用、生物利用、地质利用、地质封存等部分，涉及行业较广，CO２地质封存是CCUS技术最核心的部分之一。



Beicip-Franlab是法国石油研究院IFP的全资子公司（阿什卡公司是其全线软件产品及技术咨询业务的中国市场独家合作伙伴），于2010年成立了新能源研究机构IFP Energies Nouvelles简称（IFPEN ），20多年来一直致力于CCS/CCUS研发工作，其中60%的研发工作致力于能源转型，为石油和天然气行业的长期客户（运营商和能源部门）提供能源转型和碳管理方面的咨询和顾问服务。IFPEN在低碳能源领域全球公共研究机构中排名第4，在CCUS领域排名第1位。



我们的目标是帮助客户实现碳零排放，让客户从能源转型中获得最大收益，涉及的领域主要包括：

●二氧化碳捕获、利用和储存 (从筛选到监测）

●地热 (从勘探、筛选到监测、专项项目或作为附件资源）

●优化石油天然气行业的碳管理（无燃烧、能源效率...）

●新矿产资源勘探（天然H2、锂矿......）

●储能业务 (HC气体、H2、混合物......）

●各国和能源公司的能源转型路线图

CCS/CCUS业务：

●多个研发项目（注入率、监测监控、地质力学......）

●EOR 筛选研究，包括CO２提高采收率

●筛选最佳 CCUS 地点：

●油田级别（例如：加拿大）

●盆地级别（例如：哥伦比亚、北海......）

●大陆级别（欧洲）

●委内瑞拉的 CCUS 综合项目（4 年期项目）

法国石油研究院IFPEN的CCS/CCUS软件技术依托OpenFlow地学研究平台，覆盖了CCUS地质封存技术领域所涉及的筛选——注入——监控——预测等多个阶段。在各个阶段都具备成熟的独特技术，并已广泛应用，不断实现CCS/CCUS项目的安全、高效运行。


法国石油研究院OpenFlow系列（盆地模拟、数值模拟）

筛选阶段


在盆地尺度利用DionisosFlow沉积正演软件得到相对可靠的岩相分布模型，TemisFlow盆模软件建立热史和压力模型，根据已有钻井资料校准压力、温度、应力等属性模型，各种位置评估，快速筛选优势目标盐水层或衰竭油气藏。




评价阶段


利用1D的Easytrace软件开展岩石物理研究，计算不同岩石的泊松比、杨氏模量、盖层毛细管力，评价盖层封堵性、存储能力以及断层活动风险。

注入阶段（南美实际案例）

首先建立了一个考虑油藏、含水层、地质结构和断层网络的整体盆地模型。模拟规模较大，不适合专门用于注气的局部动态模拟。TemisFlow软件已用于构建感兴趣区域的盆地模型。根据岩石物理结果和流体分布分析，选择最合适的含水层进行动态模拟。选定的含水层范围很大，并被一个大的盖层岩石与地表隔离。横向界限由目标盆地的末端和另一侧的尖灭单元形成。带有选定含水层的盆地模型的横截面（下图）。


南美某油田CO２地质封存模拟

第二步，从盆地模型网格中提取选定含水层的网格，包括断层模式及其传导率在内的岩石物理属性。局部网格加密技术已用于动态建模，专门模拟二氧化碳注入、二氧化碳羽流随时间的演变及空间分布，以及含水层中二氧化碳溶解等。Pumaflow和TemisFlow是集成在同一个OpenFlow平台内的软件，完成从盆地建模到不同时间和单元尺度的动态模拟高效集成工作。

这种从大规模到小规模的实际工区的工作流，证明了以预期最大速率80MMscfd（百万标准立方英尺）注入CO２的可行性。此外，考虑到CO２溶解和相关CO２浓度对水密度的影响，经过长时间的模拟，选定的含水层也被证明是CO２封存的良好候选对象。

预测阶段（南美实际案例）


图 注入后不同时间(20年、60年、1000年和2000年)CO2的溶解时间

根据动态模型的结果，在40年内，共向含水层注入了800 MMMscf的CO２，最大CO２日产量为80 MMscfd(注入稳定期超过12年)。在CO２注入结束后，模拟已经运行了2000年，没有任何注入或生产，以跟踪CO２羽流迁移及其溶解。由于水流的末端朝向模型的东北部，CO２羽流向模型的西部移动。由于CO２溶解，CO２卷流体积随时间缓慢减少，由于含CO２的水密度较高，模型中间溶解的CO２向底层下降。在模型的底层观察到溶解的CO２流向含水层的最深处。如图显示注入二氧化碳20年后、60年后、1000年后和2000年后溶解在含水层中的二氧化碳，经过2000年的模拟后，注入的二氧化碳中不到一半已经溶解。2000年后，不到50%的注入二氧化碳会溶解在水中。

使用盆地模拟(TemisFlow)和动态模拟(PumaFlow )软件,以及二氧化碳/盐水相互作用的专用热力学选项，专门用于CCUS模拟的综合工作流程已被用于选择二氧化碳注入地点和研究项目的可行性。研究在油藏注入阶段实施时，CO２的优先路径。在南美实例中CO２将快速向盆地南部移动，直到达到含水层的尖灭极限，在注入期间，CO２溶解的影响较小:不到20%的CO２将溶解到水中。在注入2000年后，羽流将稍微移动到更深的地方，注入的CO２中不到50%将溶解到含水层中。从技术上保证了CCUS项目安全运行。

长期监控阶段


采集及分析多种监测数据，评估CCUS场地长期稳定性，挪威工区采用四维地震监测和InterWell四维反演技术来表征二氧化碳气体在地下储层中每年的迁移情况。

图 四维反演技术刻画地下CO２移动情况

通过对1994年-2010年不同时间采集的地震数据体，建立声阻抗/弹性阻抗模型，利用对4D联合反演技术，得到不同时间数据体的岩石物理弹性参数。InterWell软件采用了流体替换技术，评估地下流体变化对纵横波速度的影响，通过对比储层初始状态的流体特征，确定不同CO２饱和度对应的纵横波速度，量化不同流体的Vp/Vs变化范围，监测CO２注入后岩石性质（岩石物理弹性参数）,流体迁移范围等变化。

法国石油研究院OpenFlow软件系列

本文转自微信号“ESSCAGROUP”（阿什卡集团）

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