[发明专利]利用核磁共振技术在线监测二氧化碳运移及地质封存的系统和方法

说明书

本发明涉及二氧化碳在地质储层中的空间运移分析技术领域，公开了一种利用核磁共振技术在线监测二氧化碳运移及地质封存的系统和方法。所述利用核磁共振技术在线监测二氧化碳运移及地质封存的系统包括岩心双向驱替单元、温度压力一体化控制单元和核磁共振在线监测数据处理单元，所述方法包括岩心饱和地层水及计算岩心渗透率、压缩二氧化碳的正向注入、焖井、地层水的反向注入以及岩心中流体核磁共振信号的监测和采集。采用本发明提供的系统和方法，能够直观观察岩心不同孔隙直径大小的孔隙在不同流体注入阶段的含水量，并对二氧化碳与地层水在储层中运移及分布数据进行实时计算，进而实现对二氧化碳与地层水在储层中具体运移及分布涉及的微观孔道和位置的定量精确测量和描述。

技术领域

本发明涉及二氧化碳在地质储层中的空间运移分析技术领域，具体涉及利用核磁共振技术在线监测二氧化碳运移及地质封存的系统和方法。

背景技术

自工业革命以来，科学技术的迅速发展以及工业化进程的加快使得人类的生活水平得到了很大的提升。但随着社会发展而引发的自然环境的恶化也日益严重，其中包括煤、石油等化石能源的燃烧产生的温室气体所引发的全球气候变暖问题已成为21世纪人类面临的重大挑战，而在排放的各种温室气体中，二氧化碳大约占温室气体总量的65％，是主要的温室气体。人为温室气体排放越多，增温幅度就越大。全球温度的升高将会导致人类自身赖以生存的生态环境的恶化，给人类和自然生态系统带来灾难性的后果，成为影响世界经济秩序和国际关系的一个重要因素。而通过将二氧化碳注入地下储存于相对封闭的地质构造中，即二氧化碳地质封存，从而减少二氧化碳向大气中的人为排放，是目前国际社会公认的有效、直接的二氧化碳减排手段之一。

二氧化碳地质封存通常发生在废弃或高含水油气藏及其他地层深部水层中，其封存形式主要包括气体封存、溶解态封存和矿物态封存三种。气体封存是指超临界二氧化碳被注入地层后，在高温高压条件下，能够以自由态形式存在于地层中。溶解态封存是指随着时间推移，二氧化碳与咸水的界面上会达到两相平衡，这个过程中，储集岩孔隙中运移的气态二氧化碳在与深部咸水层接触时溶解在其中，在地层中以溶解态二氧化碳的形式运移和埋存。矿物态封存是溶解二氧化碳通过与储层中矿物反应，形成碳酸盐类物质，最终以矿物沉淀形式被固定下来。

超临界二氧化碳注入深部咸水层之后，其具体封存形式及不同封存形式之间的转化机理主要有：构造地层封存机理、毛细封存机理、溶解封存机理和矿物封存机理。其中，构造地层封存机理主要是指注入的二氧化碳在上覆不渗透盖层的阻挡作用下，无法进行横向和侧向迁移而被滞留在盖层下部，从而形成构造地层圈闭进行的封存；毛细封存机理指由于超临界二氧化碳与咸水具有不同的浸润性，在气液相界面的表面张力作用下，超临界二氧化碳被长久地滞留在储层介质的孔隙中进行的封存；溶解封存机理指二氧化碳气体或超临界流体溶解在地下水中，以水溶液形式进行的封存；矿物封存机理是指溶解于地层水的二氧化碳，通过改变地层水的pH值，破坏地层原有平衡状态，导致储层中矿物发生溶解反应，并产生新的碳酸盐沉淀矿物进行的封存。这其中，无论是何种储层、何种封存方式、何种封存机理，都涉及二氧化碳在储层中的运移和运移状态。因此，注入地层的二氧化碳与地层水的运移和分布规律的相关研究对全面准确认识碳封存及提高二氧化碳封存量都是至关重要的。