Description:

"Специальная тема First Break том 26 Январь 2008 CO2 Секвестрация Десятилетний опыт наблюдений за закачиванием CO2 в пески Utsira на площади Sleipner, на акватории Норвегии. Ten years experience of monitoring CO2 injection in the Utsira Sand at Sleipner, offshore Norway Rob Arts,1 Andy Chadwick,2 Ola Eiken,3 Sylvain Thibeau,4 и Scott Nooner5 Одземное хранение углекислого газа (CO2) как мера по сокращению количества парниковых газов в атмосфере, и таким образом, по замедлению глобального потепления, широко изучалась и обсуждалась в последние два десятилетия (IPCC, 2005). Несмотря на то что был получен значительный опыт по закачиванию CO2 для увеличения извлекаемой нефти до начала проекта Sleipner, об эффективности подземного хранения CO2 в течение длительного времени было известно крайне мало. За последние несколько лет было предложено несколько демонстрационных участков, большей частью в целях исследования осуществимости закачивания CO2 в коллекторы различных типов для изучения химического поведения и поведения потока CO2 в недрах. Самым первым, наиболее длительным проектом и наиболее масштабной демонстрацией закачивания CO2 в водоносные горизонты до настоящего времени являлся проект Sleipner, в центральной части Северного моря (Рисунок 1). С октября 1996 года компания Statoil и ее партнеры по проекту Sleipner произвели закачивание CO2 в горизонт соленых вод, в песках Utsira, на глубине 1012 м под уровнем моря, в 200 м под кровлей коллектора. CO2 разделяется на платформе с природным газом, добываемым на более глубоко залегающем месторождении газа Sleipner и закачивается в водный горизонт с помощью наклонной скважины на расстоянии по горизонтали порядка 2.3 км от платформы (Рисунок 2). В данной статье описывается опыт, полученный на данном участке, особенно опыт, относящийся к мониторингу миграции CO2 в недрах. Песчаный коллектор Utsira поблизости от Sleipner пески формации Utsira являются высокопористыми (30-40%), высоко проницаемыми (1-3 Дарси), слабо-консолидированными песчаниками (Рисунок 3a), залегающими на глубинах от 800 м до 1100 м, при мощности порядка 250 м вблизи участка, на котором производилась закачка. Внутреннее строение характеризуется наложением очень малоамплитудных пластин или бугров, которые интерпретируются как отдельные лопасти конуса выноса и наиболее часто разделяются между собой тонкими аргиллитами внутри коллектора. Эта картина интерпретируется как комплексная картина конуса выноса низкого стояния моря, отлагающегося в результате потоков частиц в морской среде при глубинах воды 100 м или более (Gregersen et al., 1997; Zweigel et al., 2004). Тонкие аргиллиты, мощностью порядка 1 м, действуют как гасители вертикальной миграции CO2. В среднем песчаные пачки между отдельными слоями аргиллитов имеют мощность около 30 м. На данных каротажа резервуру свойственны резкие кровля и подошва (Рисунок 4). Спец. тема First Break том 26 Январь 2008 CO2 Секвестрация Рисунок 1 Карта песков Utsira. 1 TNO, P.O. Box 80015, 3508 TA Utrecht, The Netherlands. 2 British Geological Survey, Kingsley Dunham Centre, Keyworth, Nottingham, Nottinghamshire NG12 5GG, UK. 3 StatoilHydro, R&D Centre, 7005 Trondheim, Norway. 4 Total, Avenue Larribau, 64018 Pau, France. 5 Lamont-Doherty Earth Observatory of Columbia University, 61 Route 9W, Palisades, NY 10964, USA. Корреспондирующий автор: Rob Arts, E-mail: Rob.Arts@tno.nl. 2008 EAGE www.firstbreak.org Рисунок 2 Схема закачивания CO2 на участке Sleipner. Пески в коллекторском комплексе обычно варьируются между 0.7 и 1.0. Фракция глин большей частью соответствует тонким аргиллитам, которые проявляются в виде пиков на гамма каротаже, акустическом и нейтронном плотностном каротажах, а также на некоторых кривых индукции и сопротивления. На участке Sleipner более мощный аргиллит, мощностью 6-7 м вблизи точки закачивания, отделяет самую верхнюю пластину песка от основного коллектора, залегающего под ним. Корреляция отдельных тонких аргиллитов от скважины к скважине возможно на расстояниях до 1 км в случае близкорасположенных скважин. Однако, на расстояниях в несколько километров, как например, между разведочными скважинами, однозначная корреляция невозможна. Более того, поскольку аргиллиты нечетко разрешаются на базисных (до закачивания) сейсмических данных, их геометрия, распределение и прослеживаемость представляют собой большую неопределенность при моделировании коллектора. Пески Utsira перекрываются формацией Nordland (Isaksen and Tonstad, 1989), которая большей частью включает размытые дельтовые клинья плиоценового возраста. Они обычно становятся более грубозернистыми вверх по разрезу, от аргиллитов в более глубинной, осевой части бассейна до ила и песка в малоглубинной и более окраинной частях. В районе Sleipner пачка аргиллитов, расположенная ниже, имеет мощность от 200 до 300 м и формирует покрышку главного коллектора. Материал керна (рисунок 3b) обычно представлен илистым аргиллитом от серого до темно-серого, несцементированным и пластичным и, в общей массе однородным со слабыми признаками напластования. Тестирование транспортировки газа на материале керна (Harrington et al., 2008) указывают на то, что покрышка Sleipner имеет приемлемую уплотняющую способность и может удерживать закритическую колонну CO2 по меньшей мере 100 м а возможно и до 400 м, в зависимости от плотности CO2 (которая очень чувствительна к давлению и температуре на кровле коллектора). Это в большей мере объясняется избыточным выталкивающим давлением, которое обычно встречается в песках Utsira, где максимальная высота колонны обычно ограничена <10 м. Моделирование коллектора было проведено на основании геологической модели. Неоднозначность в геометрии и латеральной протяженности тонких аргиллитов потребовала ввода упрощающих предположений. На основе каротажей ближайших скважин и Рисунок 3 Фотографии материала керна с участка Sleipner: (a) Пески Utsira и (b) перекрывающие породы. Рисунок 4 Панель корреляции каротажных кривых (левая трасса _ кривая гамма каротажа, а правая трасса _ кривая сопротивлений) в песках формации Utsira Sand желтым, покрышка зеленым с запада на восток. Общая длина порядка 20 км. Самая восточная из скважин 15 9-A16 (скважина нагнетания) и 15 9-13 являются самой близкой к следу CO2 (< 3 км). Первых результатов периодических сейсмических наблюдений было выделено восемь отдельных тонких пластов аргиллитов. Им были приписаны различные геометрии структур, начиная от параллельности кровле коллектора до постепенного изменения с параллельного кровле коллектора на параллельный основанию коллектора. Эффективная проницаемость аргиллитов была подобрана таким образом, чтобы моделирование потока соответствовало оценочным количествам CO2, наблюдаемого при последовательных мониторинговых сейсмических съемках (Рисунок 5). Принимая во внимание неоднозначности, общая подгонка между сейсмическими наблюдениями и результатами моделирования коллектора имеет смысл. Основное несоответствие касается детальной модели латерального проникания CO2 под тонкие аргиллиты. У закачанного CO2 будут температуры и давления, близкие к критическим. В точке закачки (1012 м под средним уровнем моря), первичные температуры на основе измерений вблизи скважин и на основе знания регионального температурного градиента оцениваются как 41±1°C. Давление в скважине гидростатическое и варьирует от ~8 МПа на кровле резервуара до -11 МПа на подошве (Baklid et al., 1996). Около 1.5-2% метана и тяжелых углеводородов закачиваются вместе с CO2, что вызывает большие неточности в определении плотности и стабильности закачанного CO2. Численное моделирование потока говорит о том, что часть CO2 может находиться в газообразном состоянии, но большая часть находится в надкритическом состоянии. Периодические сейсмические наблюдения шлейфа CO2 Над областью закачивания CO2 производились обширные исследования по программе сейсмомониторинга. Базисная 3D сейсмическая съемка была получена в 1994, повторные исследования производились в 1999, 2001, 2002, 2004 и 2006 с соответственно, 2.30, 4.20, 4.97, 6.84 и 8.4 миллионами тонн (Мт) CO2 в резервуаре. Предсказанные изменения в сейсмическом отклике базировались на акустических свойствах породы, оценка которых производилась по данным каротажа и акустических свойств CO2 при давлениях и температурах коллектора (используя опубликованные уравнения состояния, калиброванные с помощью лабораторных данных). Для решения проблемы неоднозначности свойств CO2 был использован диапазон плотностей и объемных модулей. Ввиду того что CO2 характеризуется высокой сжимаемостью, а пески Utsira обладают слабым каркасом породы, скорость продольных волн V обычно чувствительна к поровому флюиду. Замещение воды на CO2 вызывает уменьшение V почти до 30%, даже при умеренном насыщении (Eiken et al., 2000; Arts et al., 2004a). Влияние CO2 на сейсмические данные на площади Sleipner очевидно. Шлейф CO2 отображается на сейсмических данных в виде заметного многоуровенного объекта, включая..." Ключевые слова: utsira formation, уровень, специальный, каротаж, гравиметрический съемка, опыт, газ, lindeberg, baines, injected, зависимость, образ, проект, данный, geological, поток, тяжесть, высокий, storage, сейсмический, arts, песок utsira, eds, моделирование, съёмка, тонкий, период, порядок, секвестрация, отклик, мгалл, north sea, общий, break январь, повторный, seismic monitoring, корреляция, дно, дать, измерение, eiken, температура, покрывающий, zweigel, полученный, utsira, аргиллит, break, участок, tonstad, исследование, недра, тема секвестрация, north, диапазон, вода, гравиметрический съёмка, закачка, км, гравитационный, firstbreak org, обычный, рисунок, растворение, низкий, sleipner, мера, проведенный, средний, давление, находиться, шлейф, последний, площадь, отдельный, область, получить, гравиметрический, отражение, основа, firstbreak, тонкий аргиллит, специальный тема, скорость, море, глубина, сейсмический дать, участок sleipner, plume, мгала, съемка, сила тяжесть, мощность, скважина, январь, модель, arts eiken, изменение, наблюдение, earth, плотность, eage, seismic, горизонт, williams, периодический, bubble, соответствовать, кровля коллектор, морской, высокий температура, расстояние, гравитационный измерение, оцененный, песок, sea, кровля, chadwick, закачивание, tno, площадь sleipner, показать, сила, monitoring, результат, центральный, paper, noy, тема, kirby, org, petroleum, коллектор