一种基于CO2-水-岩反应矿化效应与储层工程适配性的地质封存靶区优选方法与流程

本发明涉及一种基于co2-水-岩反应矿化效应与储层工程适配性的地质封存靶区优选方法，属于co2地质封存、储层地球化学模拟、ccus工程与油气藏评价。

背景技术：

1、co2地质封存靶区优选通常需要综合考虑储层规模、孔隙度、渗透率、盖层封闭性、埋深及构造稳定性等因素。上述参数能够反映储层的注入和储集基础，但难以反映co2进入含水储层后与矿物、地层水发生反应所形成的长期矿化固定能力。

2、co2溶于地层水后形成弱酸性流体，可促使长石、碳酸盐矿物、黏土矿物和铁镁矿物发生溶解、沉淀或转化反应。其中，ca²+、mg²+、fe²+等离子与碳酸根结合生成方解石、白云石、菱镁矿、菱铁矿等碳酸盐矿物，是co2长期稳定封存的重要形式。

3、现有封存靶区优选方法多以静态地质条件为主，水岩反应模拟结果多停留在单样品或单区块机理解释层面，缺少将反应后矿物增减变化、总矿物增加量和储层工程参数统一耦合并用于多评价区排序的技术流程。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有co2地质封存靶区优选方法偏重静态地质参数、难以定量评价长期矿化封存潜力，且不同评价区间模拟条件不统一、难以进行可比排序，以及模拟结果与储层工程适配性结合不足的缺陷，提供一种基于co2水岩反应矿化效应与储层工程适配性的地质封存靶区优选方法。

2、本发明通过构建统一的co2-水-岩反应模型进行多评价区批量模拟，将矿物增多量所表征的化学矿化能力与储层面积、孔隙度、渗透率等工程指标进行标准化耦合，从而为co2地质封存靶区的科学排序、实验靶区筛选和现场注入部署提供定量决策依据。

3、本发明以盆地潜山储层为研究对象，首先根据构造单元、储层类型和矿物组成差异进行区域划分；其次采集各区域矿物组成、地层水离子浓度、温压条件、储层规模、孔隙度和渗透率等基础参数；然后基于phreeqc构建co2-水-岩反应数值模型，模拟不同区域在目标储层条件下的矿物溶解、沉淀和co2矿化过程；最后将矿化程度与储层物性参数进行标准化综合评价，确定co2地质封存有利区。

4、具体地，本发明提供的基于co2水岩反应矿化效应与储层工程适配性的地质封存靶区优选方法，包括以下步骤：

5、s1、获取目标区的地质资料，将目标区划分为若干co2地质封存评价区；

6、s2、针对每一评价区，采集矿物组成、地层水离子浓度、温度、压力、储层面积、储层厚度、孔隙度和渗透率参数，并将矿物组成转换为模型可识别的矿物摩尔量或相对含量；

7、s3、基于各评价区的地层水组成、矿物组成和温压条件，建立co2-地层水-储层矿物反应模型，设置反应边界条件及输出控制条件；

8、s4、在统一或可比的边界条件下，对各评价区分别开展水岩反应模拟，输出各矿物反应前后相对量；

9、s5、根据各评价区反应前后矿物含量，计算各矿物的含量变化量，将含量增加的矿物的增加量进行求和，得到各评价区的总矿物增加量，作为矿化能力评价指标；

10、s6、根据各评价区的储层面积、孔隙度和渗透率，建立储层工程参数评价指标；

11、s7、对所述矿化能力评价指标和储层工程参数评价指标进行无量纲化处理并赋权，计算各评价区的综合优选指数，根据综合优选指数对评价区进行排序和分级输出。

12、步骤s3中，所述反应模型为phreeqc反应模型，其至少包括以下设置：

13、（1）矿物反应动力学设置：为石英、长石、方解石、白云石、黏土矿物及铁镁矿物设置反应速率常数、活化能、比表面积和反应级数；

14、（2）地下水及温压设置：输入地层水离子浓度、ph、温度、压力和co2分压条件；

15、（3）矿物初始含量设置：将矿物质量分数转换为模型可识别的矿物摩尔量或相对含量；

16、（4）反应及输出控制：设置反应时间、步长及输出矿物量和溶液组分。

17、步骤s5中，对于每一评价区，当某一矿物反应后含量大于反应前含量时，将该矿物的变化量计入矿物增加量；当某一矿物反应后含量小于或等于反应前含量时，不计入矿物增加量；总矿物增加量的计算式为：

18、

19、式中，为第个评价区域的总矿物增加量；为反应后矿物量；为反应前对应矿物量。

20、步骤s7中，所述综合优选指数为矿化封存有利度指数，其计算式为：

21、

22、式中，为矿化封存有利度指数；为矿物增多量标准化指标；为储层面积标准化指标；为孔隙度标准化指标；为渗透率标准化指标；、、、为各部分所占权重，且a+b+c+d=1，数值越大，表示该区域co2地质封存条件越有利。其中，矿物增多量用于表征co2水岩反应后沉淀矿物的增加程度，储层面积用于表征封存规模基础，孔隙度用于表征co2及地层流体的储集空间，渗透率用于表征流体运移和水岩反应接触能力。

23、优选地，所述总矿物增加量标准化指标、储层面积标准化指标、孔隙度标准化指标和渗透率标准化指标均采用极值标准化方法处理，分别以各评价区中的最大值为基准进行计算：

24、

25、

26、

27、

28、式中，为第个评价区域的矿物增多量，为各评价区域中的最大矿物增多量；为第个评价区域的储层面积，为各评价区域中的最大储层面积；为第个评价区域的孔隙度，为各评价区域中的最大孔隙度；为第个评价区域的渗透率，为各评价区域中的最大渗透率，经标准化处理后，、、、均为无量纲指标，取值范围为0～1，通过计算不同区域的值，可对co2地质封存有利区进行综合排序。综合指数越高，说明该区域越适合作为co2地质封存目标区。

29、步骤s7中，所述分级输出包括：根据综合优选指数将评价区划分为优选靶区、备选区和暂不优选区；其中，矿化贡献指数作为主要指标，储层条件指数作为基础约束指标，工程适配指数作为修正指标。

30、本发明还进一步提供了一种基于co2水岩反应矿化效应与储层工程适配性的地质封存靶区优选系统，包括：

31、评价区划分模块，用于获取目标区的地质资料，将目标区划分为若干co2地质封存评价区；

32、参数采集与转换模块，用于采集各评价区的矿物组成、地层水离子浓度、温度、压力、储层面积、储层厚度、孔隙度和渗透率参数，并将矿物组成转换为模型可识别的矿物摩尔量或相对含量；

33、反应模型构建模块，用于基于各评价区的地层水组成、矿物组成和温压条件，建立co2-地层水-储层矿物反应模型；

34、批量模拟模块，用于在统一或可比的边界条件下对各评价区分别开展水岩反应模拟，输出各矿物反应前后相对量；

35、矿化能力计算模块，用于根据各评价区反应前后矿物含量计算总矿物增加量；

36、综合评价模块，用于对矿化能力评价指标和储层工程参数评价指标进行无量纲化处理并赋权，计算各评价区的综合优选指数，并根据综合优选指数对评价区进行排序和分级输出。

37、与现有技术相比具有的有益效果：

38、（1）将co2水岩反应及含碳矿物形成能力纳入靶区优选流程，使评价由“能注、能储”扩展到“能反应、能矿化、能长期稳定固定”。

39、（2）通过统一模型框架和可比边界条件对多个评价区进行批量模拟，提高区域之间的可比性并降低经验判断的主观性。

40、（3）将矿化相关含碳矿物的正向增量作为矿化能力指标，避免把不直接固定co2的矿物增量误计为矿化贡献，提高指标的物理意义和评价准确性。

41、（4）将矿化能力与储层面积、孔隙度、渗透率及工程约束耦合，可把地球化学模拟结果转换为靶区排序和分级结果。

42、（5）可为高温高压水岩反应实验、样品选择和现场注入工程部署提供预筛选依据，减少盲目试验和现场评价工作量。