注二氧化碳提高页岩气采收率多组分吸附动力学评价
页岩气储层衰竭式开采采收率仅为3％-10％,这说明提高页岩气采收率(ESGR)技术具有巨大的应用潜力.室内实验研究已经证实,与甲烷(CH4)相比,页岩干酪根/有机质对二氧化碳(CO2)具有更强的亲和力,这说明注CO2可能是一种既能实现碳封存又能提高页岩气采收率的方法.本文提出了一种新的多组分等温吸附方程,并将其与流动模型耦合,用于评价各种周期性注CO2-产气方案.该吸附模型假设不同气体分子在单位面积固体表面进行吸附时会发生竞争吸附.模型假设单位面积固体表面的某种吸附质最大吸附量是由该种吸附质分子尺寸决定的,而非假设单位面积固体表面的吸附位点数量一定.吸附模型的最终形式是广义多组分Langmuir等温吸附方程.使用本文提出的等温吸附方程以及相关拟合参数对马塞勒斯组页岩样品的CO2/CH4吸附实验数据进行拟合.等温吸附方程首先应用于静态吸附计算,根据游离气和吸附气的产出贡献,估算原始天然气地质储量、采收率(RF)和页岩气储层提高采收率(EGR)潜力.然后将等温吸附方程与流动模型耦合,用于注CO2-ESGR过程中CO2置换CH4的吸附量计算(模拟假设基质中仅存在气相).本文研究了在典型的实验室/现场条件下,周期性注CO2-产气方法提高页岩气采收率的可行性和有效性,并且对注CO2和常用的衰竭式开采的开发效果进行了比较.页岩气开发模拟的研究对象包括一维页岩岩心模型和一维页岩储层模型,二者初始条件下均为游离态和吸附态CH4所饱和,仅左侧边界为开放边界(井筒位于基质左侧).在衰竭式开采阶段,CH4从页岩储层流入井筒,产出机理包括对流和解吸.该阶段完全依赖井底压力进行生产,采收率通常较低.关井停止生产,然后向页岩地层中注入CO2,使地层压力上升(页岩储层的CO2吸附能力强于CH4).注入的CO2会与储层中游离态CH4混合,同时会将页岩表面的吸附态CH4置换下来.重新开井投产,CH4会与CO2一同产出.由于扩散作用,CO2进入基质深部,CH4流入井筒.CO2置换吸附在页岩表面的CH4,进一步降低了产出混合气体中CO2的含量,同时进一步增加了产出气中CH4的含量.马塞勒斯组页岩吸附实验数据的等温吸附方程拟合结果表明,与不发生CO2吸附相比,CO2吸附到页岩表面同时CH4解吸情况下,各组分气体总压(等于孔隙压力)较低.这本身就是一种重要的开采机理,原因是这样有利于压差驱动CO2流动(即减缓孔隙压力上升速度,有利于注CO2).各组分气体总压降低是由于CO2、CH4吸附量均达到饱和时每摩尔CO2所占的空间要比CH4少24倍(假设存在两个吸附表面,分别吸附CO2、CH4).
2021-02-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）
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