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塔里木盆地油氣藏開發(fā)過程中產(chǎn)生大量含硫化氫(H2S)、二氧化碳(CO2)的酸氣，采用酸氣回注技術(shù)，將含CO2和H2S的酸氣注入地層，能夠?qū)崿F(xiàn)碳硫零排放，而且有利于調(diào)節(jié)硫磺供需矛盾，降低酸雨發(fā)生頻次，目前已經(jīng)成為酸氣處理的最有效技術(shù)之一。酸氣注入地層后，氣體在多孔介質(zhì)中擴散，驅(qū)替地層水，占據(jù)流體區(qū)域的越來越大的部分，并通過物理和化學過程將其永久封存在地層中。封存機制主要包括構(gòu)造封存、殘余封存、溶解封存和礦物封存。就結(jié)構(gòu)和構(gòu)造封存而言，為保證封存的安全性，蓋層應(yīng)為低滲透巖層。這是因為蓋層下面的酸氣可能通過廢棄的井或蓋層裂縫泄漏。礦物封存被認為是一種永久性的封存機制，酸氣將以礦物的形式封存而不會泄漏到地表。溶解封存和殘余封存可通過工程設(shè)計來促進，是安全的短期封存機制。
為了促進酸氣的溶解封存和殘余封存，增強酸氣的短期封存效益，中國科學院武漢巖土力學研究所二氧化碳地質(zhì)封存研究團隊利用油藏組分模擬器，基于塔河油田奧陶系鷹山組碳酸鹽巖儲層的地質(zhì)條件，對比了三種不同的酸氣注入方案，即連續(xù)注入、間歇注入和水氣交替注入，對酸氣溶解封存和殘余封存的影響，提出了優(yōu)化的酸氣注入方案。結(jié)果表明，酸氣注入速率較大的連續(xù)注入方案可略微增大酸氣的溶解封存和殘余封存。與基準算例相比，連續(xù)注入（連注方案1）使得自由酸氣比率減小1.82%，并將殘余封存率提高1.25%。間歇注入方案難以提高酸氣的溶解封存和殘余封存。水氣交替注入促進酸氣的溶解，減小酸氣羽流的運移距離，尤其是水氣交替注入（交注方案3）效果最明顯。與基準算例相比，水氣交替注入（交注方案3）使得自由酸氣比率減小13.66%，溶解封存率增大23.95%。因此水氣交替注入方案能夠提高酸氣溶解封存和儲存效率，有利于酸氣封存，且水氣交替注入（交注方案3）為優(yōu)選的注入方案。
本研究成果得到國家自然科學基金（41872210，41274111和51809220）和巖土力學與巖土工程國家重點實驗室開放基金（Z018002和Z018004）的共同資助。
圖1 塔河油田碳酸鹽巖儲層酸氣回注概念模型
圖2 九種優(yōu)化注入場景示意圖
圖3 水氣交替注入（交注方案1）中酸氣注入（a）5年、（b）10年、（c）15年、（d）20年、（e）25年和（f）100年后氣相飽和度分布
圖4 水氣交替注入（交注方案2）中酸氣注入（a）5年、（b）10年、（c）15年、（d）20年、（e）25年和（f）100年后氣相飽和度分布
圖5 水氣交替注入（交注方案3）中酸氣注入（a）5年、（b）10年、（c）15年、（d）20年、（e）25年和（f）100年后氣相飽和度分布