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1、项目名称：二氧化碳减排、储存和资源化利用的基础研究首席科学家：袁士义 中国石油集团科学技术研究院起止年限：2011.1至2015.8依托部门：中国石油天然气集团公司 教育部 中国科学院二、预期目标1、总体目标发展完善适合中国国情的规模化CO2捕集、埋存及高效利用理论并将研究成果转化为技术,实施CO2长期地质埋存和资源化利用的示范,在实施的试验区提高采收率10%以上,吨油埋存CO2达到1吨以上,体现CO2减排的社会效益和CO2高效利用的经济效益。2、五年预期目标本项目将在前期研究基础上,在规模化CO2捕集、埋存及高效利用基础研究方面产生质的飞跃和创新。研究将围绕一个理论技术体系、发展三个理论、建
2、立与完善四个方法,加强人才培养,最终体现两个效益,为十二五后形成中国特点的CO2捕集、埋存及高效利用技术体系提供理论基础和科学依据。一个理论体系：发展与完善适合中国国情的CO2捕集、埋存及高效利用的理论技术体系。三个理论：1适合中国国情的CO2长期地质埋存理论；2陆相非均质低/特低渗透油藏CO2提高采收率理论；3以O2/CO2循环燃烧为基础的新型燃烧理论。建立与完善四个方法：1油气藏、煤层气藏及咸水层等地质体CO2埋存潜力评价及监测方法；2孔隙介质中CO2/地层油体系相态特征及渗流规律表征方法；3提高CO2驱油效率与扩大波及体积及埋存体积新方法；4低成本的CO2捕集与分离方法。人才培养：培养C
3、O2埋存和资源化利用国际知名专家35名,国内技术骨干1015名,博士生20名,硕士研究生3050名。体现两个效益：1通过CO2埋存与驱油现场示范,在实施油田区块年埋存CO2达到10万吨以上,吨油埋存CO2达到1吨以上,体现CO2减排的社会效益；2通过CO2资源化利用现场示范,在实施油田区块提高石油采收率10以上,体现CO2高效利用的经济效益。三、研究方案1、学术思路和技术途径本项目的基本学术思路是在CO2的高效资源化利用中实现其地质埋存。依据这一基本思路设臵研究内容,综合运用环境科学、地质学、化学、物理化学、流体力学、渗流力学、油藏工程学等理论和方法,系统深入地研究我国油藏条件下CO2提高油气
4、采收率和地质埋存的基础科学问题,为形成CO2提高油气采收率地质埋存一体化理论和技术体系奠定基础。根据本项目的总体研究目标,拟定如下的研究思路与途径：1为实现创新性研究思路,需要建立新的研究方法和模拟实验技术,作为新理论与新技术研究的公共基础。2以CO2高效利用和地质埋存为主线设臵课题,使各课题之间具有内在联系,形成一个有机的研究体系。3基础研究与技术研究紧密结合。在基础研究成果的指导下研究适合我国油藏条件的CO2提高采收率新技术。4室内研究与矿场试验紧密结合。加快理论与技术研究成果的转化应用,并根据油田矿场试验中暴露出的问题完善理论与技术成果。2、项目的创新与特色本项目的最大特色是CO2长期地
5、质埋存和CO2高效利用相结合。与国外海相沉积油藏相比,由于我国油藏条件的特殊性,CO2地质埋存和CO2利用的基本原理和技术特点都有很大的、甚至是本质的不同。本项目基于我国各类油藏地质特点开展研究,可望取得的理论创新和形成的具有独立知识产权的新技术主要体现在以下几点：1建立适合中国国情的CO2捕集、埋存及高效利用理论技术体系。2发展CO2长期地质埋存理论、陆相非均质低/特低渗透油藏CO2提高采收率理论、以O2/CO2循环燃烧为基础的新型燃烧理论。3建立与完善油气藏、煤层气藏及咸水层等CO2埋存潜力评价及监测方法、孔隙介质中CO2/地层油体系相态特征及渗流规律表征方法、提高CO2驱油效率与扩大波及
6、体积新方法、规模化CO2捕集与分离方法。4实现CO2减排的社会效益和CO2高效利用的经济效益。最终形成具有自主知识产权的CO2地质埋存和高效利用的综合技术,使我国CO2安全埋存高效利用研究处于国际前列。3、取得重大突破的可行性分析本项目提出的CO2提高石油采收率与地质埋存一体化技术思路代表着环境科学、地质学、物理化学、石油工程等学科领域前沿和多学科交叉的新发展方向。我国在此领域的相关研究工作与国际前沿差距不大,基本上处于同步阶段。只要抓住这一有利时机,深入开展有关应用基础和技术研究,我国完全可以在该领域内跻身于世界领先地位。在CO2捕集方面,有望发展一种新型的高温、低氧、非均相容积反应燃烧理念
7、,并提出基于此理念的氧燃烧方式的设计计算原理。在提高石油采收率技术方面,CO2驱油的适应性及其效果对于油藏条件非常敏感。由于我国陆相油藏条件的特殊性,国外普遍应用、技术成熟度相对较高的CO2混相驱在我国无法成为主导技术,迫切需要建立适合我国油藏特点的全新的思路、理论和技术。这种迫切的需求形成了本项目取得理论与技术重大突破的动力。本项目的主要承担单位有高等院校、中科院、特大型石油企业,具备产学研相结合的科研优势。项目承担单位拥有支撑本项目研究所需的实验条件,拥有长期从事相关研究工作的高水平科研队伍。另外,本建议项目的主要承担单位曾承担过多项国际合作项目,与国外相关研究机构和相关学者具有长期的合作
8、关系,建立了良好的学术交流渠道。所有这些都为本项目取得突破性成果提供了有力的保障。四、年度计划年度研究内容预期目标第一年在文献调研、前沿跟踪的基础上,确立项目与课题研究方案、完善技术路线,全面开展研究工作。小型煤粉MILD燃烧台架建设并燃烧冷态数学模型、燃烧机理、综合试验装置安装调试、人工合成载氧体、天然矿石载氧体等。完善油藏中CO2埋存潜力评价方法；国内外天然气藏、煤层气藏、咸水层中CO2埋存实际案例研究；天然气藏、煤层气藏、咸水层中CO2埋存的主要埋存方式研究等。收集资料与处理资料；分析沉积盆地充填演化与地质埋存体时空分布特征；刻画CO2封存场地储层、盖层岩石赋存的地质环境信息和地质特征等
9、；高中低渗透岩石孔隙结构特征研究、建立装置与实验方法、构建CO2/地层油体系复杂渗流基础数学模型。建立并完善实验装置、CO2渗流条件下对储层物性影响机理与规律研究等。CO2捕集技术方法与理论优选；试验区数模跟踪研究；CO2混相驱与水驱开发规律的差异；注采井筒安全风险评价等；完成项目与课题完成开题,并：获得多种碳基燃料的燃烧特性和气态污染物析出特性；完成综合试验装置的系统改造；载氧体氧化-还原活性以及动力学特性的变化规律；完善油藏中CO2埋存与提高采收率的潜力计算方法；完成国内外天然气藏、煤层气藏、咸水层等地质体中CO2埋存案例分析报告；明确大型代表性盆地充填演化特征；建立CO2目标埋存体的精细
10、地质模型；完成孔隙介质中多相流动模式的数值验证等。建立孔隙介质中CO2/地层油体系相态关键参数测试方法；建立CO2/地层油体系复杂渗流基础数学模型。建立CO2细观渗流力学方程；确定CO2与地层水反应对储层物性的影响规律；建立超临界CO2的LBM模型等。推荐适合含CO2天然气田的CO2捕集与提纯技术；推荐CO2气态、液态储存相态控制方法和储罐绝热方法；形成CO2液态注入工业化技术等； 发表论文10-20篇,申请专利3-5项。第二年完成3MW中试基地的初步建设和50kWth燃烧综合试验装置的热态调试；煤粉MILD燃烧反应动力学实验；多种碳基燃料的燃烧机理研究；矿物质成灰与痕量元素释放实验研究；载氧
11、体颗粒批量制备的研究等；西部油藏CO2埋存潜力评价；天然气藏、煤层气藏、咸水层中CO2埋存机理研究；确定天然气藏、煤层气藏、咸水层中CO2埋存的评价指标等；4确定天然气藏、煤层气藏、咸水层中CO2埋存的地质体筛选标准。目的层段岩性描述与鉴定；盆地中浅层砂岩类储层沉积相研究、储层盖层系统有效应力场的变化研究、岩石与CO2水之间的反应实验、建立流动模型和解法分析等。中高渗孔隙介质中CO2/地层油体系相态实验及初步规律、储层岩石的岩石力学性质分析、改善原油性能的添加剂筛选、复杂渗流基础数学模型数值求解方法与数值模拟器研究等；完善CO2对储层物性影响规律及描述方法、非均质油藏CO2驱过程中突进机理及影
12、响因素研究、反映界面润湿特性的格子Boltzmann模型研究等；CO2捕集技术应用评价；CO2管道输送工艺计算方法优选评价；开展CO2混相驱开发效果评价；CO2混相驱扩大试验方案及先导试验调整方案；井筒完整性对策研究等；完成所有实验台架的搭建；完善模拟研究模型,并获取实验与计算数据；获得煤粉MILD燃烧反应机理；低成本载氧体的批量制备技术等；提供西部油藏CO2埋存潜力评价报告；天然气藏、煤层气藏、咸水层CO2埋存评价指标体系及筛选标准等。完成样品分析鉴定工作、查明盆地中浅层CO2埋存地质体特征、获取CO2充注对目标储层、盖层岩石力学性质关键参数影响的规律、建立综合考虑地下水动力学、热力学,以及
13、地球化学等方面对地层流体流动影响下CO2埋存及CO2-EOR的流动模型等；形成各类孔隙介质中CO2/地层油体系相态特征的表征方法；建立复杂渗流基础数学模型求解方法；确定影响非均质油藏CO2驱波及效率的主控因素；确定CO2与原油反应物对储层渗透率的影响机理与规律；建立CO2-水两相流LBM模型等。1、适合含CO2天然气的CO2提纯技术方法；明确CO2超临界注入相态控制规律；确定CO2混相驱开发效果评价参数；形成井筒完整性对策等；发表论文10-20篇,申请专利5-7项。第三年多种烟气循环方式下以煤为主的碳基燃料的燃烧特性和非主量组分赋存、迁移和转化机理研究,燃料种类、载氧体种类等相关的连续性测试工
14、作等；天然气藏、煤层气藏、咸水层中CO2-岩石传质、溶解、扩散、渗流的力学分析；天然气藏、煤层气藏CO2埋存潜力的计算方法；天然气藏、煤层气藏、咸水层中CO2埋存的地质体筛选标准等。建立典型失效模式的工程地质力学模型、CO2在咸水层长期埋存的监测方法与技术研究、模拟在短周期时间尺度CO2在咸水层中的迁移、富积状态等。低渗透孔隙介质中CO2/地层油体系相态实验及规律总结、混相压力与地应力匹配关系研究、添加剂改善混相压力效果研究、数值模拟器调试与算例应用考虑CO2-原油相互作用的LBM多相多组分模型研究、CO2驱对储层物性影响的深化研究、CO2在裂缝性低渗透油藏驱油过程中的窜流特性研究等。高含CO
15、2天然气CO2分离提纯技术方法与应用方法研究；CO2超临界注入增压工艺研究；跟踪矿场试验；CO2驱提高采收率关键因素分析；井筒安全措施及规范研究；腐蚀监测技术研究；采油井高效举升工具研究。各操作参数对以煤为主的碳基燃料的燃烧特性和非主量组分赋存、迁移和转化机理；建立适用于燃烧设备放大的相似准则等；天然气藏、煤层气藏CO2埋存潜力的计算方法；天然气藏、煤层气藏、咸水层中CO2埋存的地质体筛选标准等。初步确定中浅层咸水层流体性质与分布特征、给出目标区安安全稳定性价的工程地质力学评价方法等。建立改善CO2/地层油体系混相条件的新方法；数值模拟器应用。建立CO2-原油多相多组分LBM模型；建立CO2驱油藏基质与裂缝的耦合渗流模型；确定CO2与油层岩石矿物反应生成物对储层物性的影响机理与规律等。形成CO2超临界注入方法；、推荐适合CO2驱采出气的分离注入技术方法；确定CO2驱提高采收率关键因素；制订注采井筒规范；形成2种井筒腐蚀监测方法；研发分层注气和高效举升配套工具等。发表论文10-20篇,申请专利3-5项。第四年多种烟气循环方式下各操作参数对多种碳基燃料的燃烧特性和非主量组分赋存
