近日，资源学院和构造与油气资源教育部重点实验室蒋恕教授团队在国际著名能源类学术期刊《能源转化与管理》(Energy Conversion and Management)上发表论文《Geothermal development associated with enhanced hydrocarbon recovery and geological CO2 storage in oil and gas fields in Canada》，通过总结不同含油气盆地典型油气田的地质和油藏参数，采用油藏数值模拟技术和数据分析揭示二氧化碳驱油采热及碳封存一体化在油气田绿色转型的重要作用，论文第一作者为资源学院张凯教授，通讯作者为蒋恕教授。
油气田拥有详细的地质资料，可以为封存二氧化碳开展提供重要的基础数据，此外油气田还含有大量的地热资源，可直接改造为地热井予以开发利用，从而可以节省大量费用，变废为宝。如图1所示，第一阶段为一次采油，第二阶段利用二氧化碳与油气流体的重力分异作用，开展提高油气采收率。第三阶段，利用二氧化碳开发油气田的地热资源，循环注入从生产井中采出的高温二氧化碳实现地热开发，可用于发电、生活采暖、输油伴热、管道清洗等。第四阶段，待油气和地热资源开发殆尽开展二氧化碳封存。利用油气田现有的基础设施、生产技术、开发经验和储层地质数据，通过二氧化碳驱油采热及碳封存一体化开发技术，可实现油气田的低碳转型和地热新能源的高效利用。
图1. 二氧化碳驱油采热及碳封存一体化
二氧化碳驱油采热及碳地质封存一体化研究具有重要的科学和工程意义。注入到储层中的超临界二氧化碳通常比储层的环境温度要低，注入井与生产井中二氧化碳的温差影响二氧化碳在油气藏储层中的渗流和传热，进而影响二氧化碳驱油、二氧化碳开发地热过程中二氧化碳在油气藏储层中的封存。温度场和流体场多场耦合作用如何影响二氧化碳在油气藏储层中的渗流和传热过程，一直是国际能源学界激烈争论的问题。
为回答上述科学问题，蒋恕教授团队以加拿大近17,000个油田和 72,000气田为研究对象，对不同油气藏开展详细的二氧化碳注入油气藏过程中温度场和流体场多场耦合的数值模拟分析、二氧化碳驱油采热及封存一体化技术适配性分析。团队利用油藏数值模拟技术分别对油藏、气藏开展二氧化碳驱油、二氧化碳开发地热、二氧化碳封存过程中温度场和流体场的变化特征进行了总结分析，研究结果表明每注入1吨二氧化碳可以产出0.5吨的原油或0.1吨的天然气。在二氧化碳提高采收率的过程中，30%的二氧化碳会封存在油藏中，90%的二氧化碳会封存在气藏中。随着二氧化碳开发地热的不断进行，油气藏的温度会下降25%-30% （图2）。
基于油气藏中开展二氧化碳驱油采热及封存一体化技术的数值模拟研究，结合加拿大近17,000个油田和 72,000个气田的储层地质与油气生产动态数据分析，蒋恕教授研究团队得出如下认识：适宜二氧化碳驱油采热及封存的油气储层需要多套盖层并且每套盖层不能低于20米的厚度，油气藏储层温度需要在100摄氏度以上，油藏的原油API不能低于27，注入压力建议不要超过盖层破裂压力的80%。
图2. 二氧化碳驱油采热及碳封存一体化评价模型
基于以上研究，蒋恕教授研究团队建立了二氧化碳驱油采热及碳封存一体化评价模型，揭示了温度场与流体场耦合作用对二氧化碳驱油、采热过程中的二氧化碳渗流传热影响机制。该项研究的意义在于为油气田绿色转型提供了新的思路，并为油气田开展二氧化碳驱油采热及碳封存一体化技术提供了理论依据和指导参考。利用二氧化碳开发油气，待油气枯竭再改造为地热井用于地热发电、生活取暖等，可节约大量燃气、燃煤，经济效益显著，地热枯竭后再用于二氧化碳封存以节约成本。二氧化碳驱油采热及碳封存一体化可能成为未来油气田绿色转型的发展趋势。
论文信息：
Title：Geothermal development associated with enhanced hydrocarbon recovery and geological CO2 storage in oil and gas fields in Canada
Authors：Kai Zhang, Shu Jiang*, Zhangxin Chen, Hangyu Li, Shuyang Liu
Sources：Energy Conversion and Management 2023，288：117146
Published：May 12,2023
论文链接： https://doi.org/10.1016/j.enconman.2023.117146
