一种考虑储盖层的CO2埋存能力实验装置及实验分析方法

本技术涉及碳埋存技术与方法领域，特别涉及一种考虑储层固碳性和盖层封闭性的co2埋存能力实验装置及实验分析方法。

背景技术：

1、研究表明，把co2埋存到油藏中不仅可以提高油气采收率，缓解我国采油行业的安全问题，而且可以减少co2温室气体的排放，对环境和环保问题的解决具有十分重要的促进作用。

2、油气藏碳埋存技术(ccs技术)是将co2气体捕获并注入到废弃油藏中的技术，旨在减少大气中温室气体排放，将co2气体长期储存在地下油藏中，减缓全球气候变化。

3、对于油气藏碳埋存过程中储层固碳性及盖层封闭性的实验装置主要有岩心夹持器、气液分离装置、驱替泵和中间容器等，方法主要有驱替法、理论计算法和数值模拟方法等。

4、现有研究中，公布号：cn 114544463 b的中国专利“一种裂缝性油藏地质体co2埋存评估方法及装置”通过地层水岩心驱替实验得到岩心的基质渗透率km，计算出带裂缝岩心的导流能力k，计算二氧化碳埋存率，得到二氧化碳埋存率与裂缝参数之间的定量关系，但该方法有一定的实验局限性，适用于裂缝性油藏；公布号：cn 115656440 a的中国专利“深盐水层二氧化碳埋存模拟装置”设计了一种监测深盐水层二氧化碳埋存量的实验装置，该装置实验研究样本偏小，在模拟整体油藏co2埋存方面存在偏差；公布号：cn 117057118a的中国专利“一种断块地质体co2封存能力评价与封存量计算的方法”从断层封闭机理出发，考虑断层封闭能力，利用地质数据判断地质体的co2封存能力，但该方法对于地质体固碳量的多少研究存在不足。2023年第41卷，环境工程，纪佑军等人在《多场耦合作用下co2地质封存对储层力学性质及气体运移扩散的影响》中建立了co2封存过程多相流动、应变变形、化学损伤的耦合模型进行数值求解。通过数值模拟，对单井注入co2条件下储层岩石的应力与应变、孔渗变化规律进行分析；2023年第31卷第3期，工程地质学报，龚耕等人在《thm耦合条件下co2地质封存注入方案优化研究》通过tough-flac三维多相多组分thm耦合数值模拟程序，开发了场地尺度岩体开裂模块来研究co2注入方案对目标含水层耦合特性和开裂特性的综合影响，并设计了定速率、先增速后定速、间歇定速、间歇变速、二次变速等多类型注入方案，分别计算分析了储层岩体的热力学特性、多相流特性与开裂情况；2023年第44卷第5期，新疆石油地质，陈小东等人在《姬塬油田黄3区长8超低渗油层co2驱埋实验》通过开展长岩心驱替实验，对比分析气水不同组合驱替方式下对油藏提高采收率和co2埋存效果的影响。

5、可见，在现有的co2埋存能力的实验和研究中，存在储盖层岩心耦合固碳性表征不明确的问题。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种考虑储盖层的co2埋存能力实验装置及实验分析方法。

2、本说明书采用下述技术方案：

3、本说明书提供了一种考虑储盖层的co2埋存能力实验装置，包括：驱替系统、储盖层岩心模拟系统和计量系统；

4、所述驱替系统、所述储盖层岩心模拟系统和所述计量系统按先后顺序通过管线连接；

5、所述驱替系统，用于向所述储盖层岩心模拟系统注入co2气体；

6、所述储盖层岩心模拟系统包括：高温高压岩心夹持器(6)、温度控制仪(3)和围压平流泵(4)，所述高温高压岩心夹持器(6)装入模拟油藏储盖层厚度的等比例实验岩心，且按照先储层后盖层的方式排列，用于模拟co2注入目标地质体时的渗流方向，还原实验的真实性；所述高温高压岩心夹持器(6)上并联连接所述温度控制仪(3)和所述围压平流泵(4)，为岩心夹持器(6)提供高温高压的实验条件；

7、所述计量系统，用于监测模拟过程中从所述储盖层岩心模拟系统溢出co2的溢出量。

8、优选地，所述高温高压岩心夹持器(6)的最高工作压力50mpa，最高工作温度200℃，直径10cm，长度30cm，且实验岩心直径25mm。

9、优选地，所述驱替系统包括：气体瓶(1)、中间容器(2)和isco泵(8)；

10、装有co2的所述气体瓶(1)通过管线与带活塞的所述中间容器(2)相连，co2气体通入所述中间容器(2)上半部分，所述中间容器(2)中间连接有阀门开关，所述isco泵(8)通过管线与下半部分装煤油的带活塞的所述中间容器(2)相连，所述isco泵(8)驱动煤油，煤油推动活塞上部的co2从所述中间容器(2)顶部阀门流出。

11、优选地，所述计量系统包括：回压阀(11)、回压平流泵(10)和co2气体收集装置(9)；

12、所述高温高压岩心夹持器(6)出口通过管线与所述回压阀(11)连接，所述回压阀(11)上通过管线连接有控制co2流体溢出的回压泵(10)，所述回压阀(11)出口端通过管线连接co2气体收集装置(9)。

13、优选地，还包括：信息收集系统，其包括：第一压力传感器(5)和第二压力传感器(7)；

14、所述第一压力传感器(5)和所述第二压力传感器(7)分别连接于所述高温高压岩心夹持器(6)的进口端和出口端，用于监测所述高温高压岩心夹持器(6)的进口端压力和出口端压力。

15、本说明书提供一种考虑储盖层的co2埋存能力实验装置的实验分析方法，包括：

16、通过恒压逐增气驱法，开展模拟油藏储盖层条件下的串联岩心驱替实验，测定地层温压条件下实验前后实验参数；

17、根据实验参数建立co2最佳注入速度优化模型，并基于人工智能算法求解co2最佳注入速度；根据实验参数和co2最佳注入速度确定储层岩心的固碳性和盖层岩心的封闭性；

18、根据储层岩心的固碳性和盖层岩心的封闭性，分析储层岩心co2埋存能力。

19、优选地，所述通过恒压逐增气驱法，开展模拟油藏储盖层条件下的串联岩心驱替实验，测定地层温压条件下实验前后实验参数，具体包括：

20、将储盖层岩心端面磨平，按等额比例分层排列，将两岩心中间加滤纸后用热缩管拼接，计算拼接后的岩心渗透率；

21、将饱和地层水岩样装入高温高压岩心夹持器(6)内，根据地层水的饱和蒸汽压设置回压，根据地层温压条件设置实验温压；

22、接通co2气源至所述高温高压岩心夹持器(6)进口端，选择实验的起始压差，根据岩心渗透率调节进口端压力；按选定的恒压时间和实验压力间隔由低到高进行实验；co2气体突破时记录co2突破时间和co2突破压力，测试co2突破速度，监测co2气体的溢出量。

23、优选地，所述根据实验参数建立co2最佳注入速度优化模型，并基于人工智能算法求解co2最佳注入速度，具体包括：

24、基于实验温度和压力、岩心渗透率、co2突破时间、co2突破压力和co2突破速度，选支持向量机回归svr、bp神经网络bpnn和极限学习机elm三种计算模型，建立注入速度预测模型；

25、基于co2溢出量、岩心固碳量和地层水离子固碳量，结合变异系数法-熵权法组合赋权方法，建立离子固碳权重混合评价模型；

26、基于灰狼算法，将注入速度预测模型和离子固碳权重混合评价模型整合建立co2最佳注入速度模型，并将实验数据输入co2最佳注入速度模型，迭代计算co2最佳注入速度。

27、优选地，所述确定储层岩心的固碳性和盖层岩心的封闭性，具体包括：

28、根据实验前后岩心的净重计算储层岩心固碳量；对地层水采出液进行离子分析，根据碳酸根离子和碳酸氢根离子浓度计算地层水离子固碳量；及基于所述co2注入量、co2溢出量、储层岩心固碳量和地层水离子固碳量，确定储层岩心的固碳性；

29、基于co2突破压力，计算co2突破压力梯度；根据co2突破速度、co2突破压力、co2突破时间和co2突破压力梯度，确定盖层岩心的封闭性。

30、有益效果

31、在本说明书提供的一种考虑储盖层的co2埋存能力实验装置及实验分析方法中，通过等比例分层拼接实验岩心，开展模拟真实油气藏条件下的co2埋存驱替实验，可同时确定储层岩心的固碳性和盖层岩心的封闭性，并通过智能算法得到储层岩心的固碳量，解决现有技术中储盖层岩心耦合固碳性表征不明确的问题。同时基于实验数据，建立co2最佳注入速度预测模型，求解co2最佳注入速度，不仅有利于储层达到最大固碳量，也可避免co2突破盖层逸散，为油气藏的高效开发提供有效的指导意义。