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标题: CCUS岩石物理研究 | ColchisFM在Sleipner海底咸水层封存时移地震监测中的应用 [打印本页]
作者: iLDX 时间: 2025-4-7 15:20
标题: CCUS岩石物理研究 | ColchisFM在Sleipner海底咸水层封存时移地震监测中的应用
本帖最后由 iLDX 于 2025-4-7 15:29 编辑
CCUS岩石物理研究 | ColchisFM在Sleipner海底咸水层封存时移地震监测中的应用
前言
从全球范围来看，咸水层封存占CO2封存潜力的98%，已往针对CO2 海底咸水层波及范围四维地震监测的研究多是通过时移地震资料之间的差异性进行定性分析，缺少测井岩石物理及地震正演定量标定验证[1]。本次基于挪威Sleipner咸水层CO2封存项目采集的测井资料，利用ColchisFM对CO2海底咸水层封地震监测方法进行研究。通过岩石物理正演及地震正演研究发现随着CO2饱和度的增加，密度、纵波速度、纵横波速度比明显下降，叠后正演地震振幅增强，叠前正演道集整体地震反射能量变强，砂岩顶面呈明显三类AVO特征。
1 Sleipner CO2封存工区概况
1.1 地质背景
Sleipner是Equinor（原挪威国家石油公司）运营的一个重要天然气田，位于挪威北海。Sleipner CCS项目是其商业化的CCS站点，项目将SleipnerEast气田的天然气生产过程中所产生的CO2压缩并通过约2.3km的斜井注入高孔隙度Utsira咸水层，以防止CO2释放到大气中（图1）。自1996年9月15日开始，Sleipner平台通过注入15/9-A-16井开始注入CO2，注入点位于海平面以下1012m的咸水层Utsira底部，距离储层顶部约200m，注入射孔长度为38m。最初几年的年注入率约为90×104t，计划注入200年。截至到2011年,累计注入了约1300×104t二氧化碳。
图1 Sleipner项目CO2封存点及Utsira地层注入示意图
1.2 时移地震监测
当CO2进入储层时，通常处于超临界状态，与初始的咸水层形成了强烈的声速对比，为地震监测提供了有利条件。Sleipner共进行了10次三维地震调查[2]，Sleipner的地震监测分别于1994年、1999年、2001 年、2002年、2004年、2006年、2008年、2010年、2013年和2016 年进行了重复三维拖曳地震勘测，其中1994年的地震监测获得了注入CO2之前的基线三维地震数据。图2为Sleipner工区二氧化碳地质封存试验点时移地震剖面和时间切片，地震切片清晰地显示出二氧化碳羽流的运移分布范围以及动态变化情况。该试验点二氧化碳被注入含盐水的非固结砂岩中,形成了明显的时移地震异常。
图2 Sleipner工区二氧化碳地质封存试验点时移地震剖面和时间切片
2 ColchisFM应用效果
2.1 体积模型建立
通过伽玛测井曲线可以有效地识别Utsira储层中的砂泥岩(砂岩顶面1769米)（图3）。Utsira砂岩之上的Nordland页岩层厚度约200～300m，为主要的盖层，在Utsira砂岩顶部有一层厚度约为5m横向分布比较广泛的泥岩，在砂岩内部有多层平均厚度为1～1.5m的薄泥岩，构成了砂层内重要的渗透性屏障，并对CO2在储层内的运移和圈闭产生影响，根据15/9-A16井岩心分析，Utsira储层主要是高孔隙度砂岩，砂岩含量约为70-85%，孔隙度值范围为36.0%～40.1%，平均38.0%。在ColchisFM中利用ColchisRP模块对15/9-A16井开展泥质含量、孔隙度计算，得到其体积模型（图3第四道）。
2.2 CO2岩石物理正演
根据挪威国家石油公司数据，Sleipner地区在1038m附近的地下温度测量值为37℃。地下温度梯度为33℃/km，因此，Sleipner 地区Utsira 储层的温度范围为储层顶部的28℃到储层底部的41℃，初始孔隙压力为8MPa，分析认为此温压条件接近CO2的临界点温度与压力，本地区CO2会以超临界状态封存。利用ColchisRP进行砂泥岩、流体为CO2的不同饱和度的岩石物理正演，得到不同饱和度的密度、纵波时差、横波时差、纵横波速度比等弹性属性曲线（图3中第五、六、七、八道）。可以看到，随着CO2饱和度增加，其密度、纵波速度（与时差成反比）、纵横波速度比明显下降。
图3 15/9-A16井体积模型建立及不同CO2饱和度岩石物理正演
2.3 叠后地震正演
从图3中可以看出，测井速度、密度在Utsira砂岩段顶部和底部分别急剧下降与增加，这会构成了明显的波阻抗差异，并形成较强的地震反射。为了研究CO2封存过程中随饱和度变化的四维地震响应特征，对不同饱和度的岩石物理正演分别开展叠后正演（图4第五、六、七、八、九、十道）。可以看出随着CO2饱和度从0增加到100%，砂岩顶面及砂岩内部的一些小隔层的反射会逐渐增强，与图2中随着CO2注入时移地震监测观测到的地震反射越来越强，规律一致。且可以看出，随着CO2饱和度达到约为40%（含水饱和度SW60%），其反射能量增强的趋势减弱。
图4 15/9-A16井体积模型建立及不同饱和度叠后地震正演
2.4 叠前地震正演
在ColchisRP模块中，利用15/9-A16井开展岩石物理正演得到纵、横波时差、密度等弹性属性曲线，并开展叠前正演得到不同CO2饱和度的叠前道集（图5）。从图中可以看出，CO2饱和度为100%时，道集整体反射能量变强，在Utsira砂岩顶部地震反射增强幅度较大，其顶面呈明显三类AVO特征。
图5 15/9-A16井体积模型建立及不同CO2饱和度叠前正演
本次利用ColchisFM的ColchisRP（交互式岩石物理正演）模块对15/9-A16井开展了测井评价、岩石物理正演、地震正演等工作，利用正演成果可以对不同年代的采集地震或反演成果进行定量标定，从而实现对CO₂注入的动态定量监测。ColchisFM在行业首次实现不同温压条件下CO₂岩石物理正演与地震正演定量关联，可为地下“碳踪”地震监测提供定量依据，在2025.1正式版本中已推出CO₂岩石物理正演功能，欢迎感兴趣的同行进行技术交流与软件试用。
参考文献：
[1] 《CO2海底咸水层封存波及范围地震监测方法研究：以Sleipner CCS 项目为例》,彭文睿等
[2] 《二氧化碳地质封存地球物理监测:现状、挑战与未来发展》,赵改善
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