事实证明, 通过使用替代能源来确保二氧化碳排放低于规定上限, 是不太可行的解决方案 现在, 太阳能 风能和其他可再生能源仅仅能提供全世界能源需求 1. 世界主要科技团体间关于全球气候变化的共识 : 相关科学家联盟 : 关于全球变暖的共识,

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1 二氧化碳的封存 一项针对排放的举措 Ahsan Alvi Eric H. Berlin Jim Kirksey 美国伊利诺伊州 Champaign Bill Black David Larssen 加拿大不列颠哥伦比亚省 Burnaby Michael Carney 美国德克萨斯州休斯顿 Ethan Chabora 美国加州 Richmond Robert J. Finley Hannes E. Leetaru 伊利诺伊州地质调查局美国伊利诺伊州 Champaign Scott Marsteller 美国阿拉斯加州 Anchorage Scott McDonald Archer Daniels Midland 公司美国伊利诺伊州 Decatur Ozgur Senel 美国德克萨斯州 Sugar Land Valerie Smith 美国俄亥俄州 Westerville 人类活动对地球的天然冷热循环规律具有破坏作用的说法已为科学界所广泛接受 然而人类应该如何应对 能够怎样应对 ( 这一破坏作用 ) 尚无定论 现在, 一种具备油田规模的解决方案正在全世界论证 碳的捕集 利用和存储 从排放源中除掉二氧化碳, 并将之封存于地下 大多数科学家已作出结论 : 地球的自然温度变化规律已为人类所造成的温室气体, 特别是二氧化碳气体所破坏 这些温室气体作为工业活动的副产物进入大气 ( 下图 ) [1] 2010 年, 全世界政府间气候变化专门委员会设定了控制全球变暖的具体控制目标, 即欲将全球的温度升高限制在比工业革命前的平均温度高 2 C(3.6 F) 的范围内 [2] 该委员会还建议将大气中温室气体的浓度限制在 445~490ppm( 二氧化碳当量浓度 ) 范围内, 并藉此来实现全球温升限制在 2 C(3.6 F) 以内的控温指标 到 2010 年底, 温室气体浓 浓度已由工业革命前的大约 270ppm 增长到 390ppm( 均为二氧化碳当量浓度 ) [3] 但是, 采用集中控制消耗碳源燃料活动的方法来控制温室气体浓度也是一场极大的挑战 按照政府间气候变化专门委员会的数据, 现有基础设施的二氧化碳排放就占了二氧化碳允许排放量上限值的 80% 因此, 随着全球人口和 ( 基于碳燃料的 ) 经济的持续增长, 许多人开始把设立碳排放上限看成是设定了经济增长的上限 这是政治家们不会乐于接受的一宗 买卖 油田新技术 2012/2013 年冬季刊,24 卷, 第 4 期 2013 斯伦贝谢版权所有 在编写本文过程中得到以下人员的帮助, 谨表谢意 : 英格兰 Abingdon 的 Tony Booer; 休斯顿的 Robert J. Butsch; 伊利诺伊州 Champaign 伊利诺伊州地质调查局的 Daniel Byers 和 Scott Frailey; 卡尔加里的 Marcia Coueslan; 挪威奥斯陆的 Lori Gauvreau; 和德克萨斯州 Sugar Land 的 Dwight Peters ECLIPSE EverCRETE Petrel RSTPro RTAC 和 Westbay 均为斯伦贝谢公司的商标 ^ 碳排放与温度 在过去的 160 年间, 因人类活动造成的二氧化碳排放的总量 ( 蓝色 ) 大幅度地增加了, 也导致了大气中二氧化碳浓度的极大提高 伴随着二氧化碳浓度的提高, 又发生了年正温度异常高于预期值 ( 红 ), 即温度升高值高于使用历史平均温度值的预测结果 ( 改编自全球碳捕集与封存研究院 : 2011 年全球碳捕集与封存状况 年 8 月 23 日浏览 ) 36 油田新技术

2 事实证明, 通过使用替代能源来确保二氧化碳排放低于规定上限, 是不太可行的解决方案 现在, 太阳能 风能和其他可再生能源仅仅能提供全世界能源需求 1. 世界主要科技团体间关于全球气候变化的共识 : 相关科学家联盟 : 关于全球变暖的共识, nsus-on.html( 2012 年 8 月 17 日浏览 ) 2. 政府间气候变化专门委员会将 1850 年前后定为工业革命的开始, 因为当时化石燃料的应用开始剧增, 并很快成为了人们最常用的燃料 的一小部分 核能虽然技术成熟 经济可行, 但是自 2011 年的日本地震和海啸摧毁了福岛的一座核电站以后, 核能也在全世界变成了政治上不受欢迎的能 3. Moomaw W,Yamba F, Kamimoto M, Maurice L, Nyboer J,Urama K 和 Weir T: Renewable Energy and Climate Change,Edenhofer O,Pichs-Madruga R,Sokona Y,Seyboth K,Matschoss P,Kadner S,Zwickel T, Eickemeier P,Hansen G,Schlomer S 和 von Stechow C ( 编辑 ):IPCC Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation 纽约市, 剑桥大学出版社 (2011 年 ): 源 其结果是全球日益增长的能源需求, 在看得见的未来时间内, 大多还得用传统的化石能源来满足 4. 国际能源署 :Word Energy Outlook, 巴黎 : 国际能源署,2011 年 2012/2013 年冬季刊 37

3 ^ 全球大规模注入项目 (LSIP) 概述 据全球 CCS 机构 2011 年进行的一次年度调查, 全球有 74 个 LSIP 正在计划或已实施 LSIP 是指涉及 捕集 运输和封存的项目, 对于以煤作为燃料的电厂, 其规模为每年不少于 公吨 (Mg)( 美吨 ), 对于排放密集型工业设施如以天然气作为燃料的电厂, 其规模为每年不少于 公吨 ( 美吨 ) 前三列中的项目表示 LSIP 处于计划阶段 发现 列表示项目已经在开发者的短期行动目标内, 正在进行立项和选址调研 评估 列中的项目经过进一步筛选, 正在进行预可行性 成本及场址评估研究 定义 列中的项目正在进行技术和经济可行性评估 在右边两列中的项目是正在进行中的项目 执行 列中的项目已进入设计 组织 施工及调试的最后阶段 作业 列中的项目已经全面开工并符合相关的监管要求 ( 摘自 CCS: The Global Status of CCS:2011, http: //cdn.globalccsinstitute.com/sites/default/files/publications/22562/global-status-ccs-2011.pdf(2012 年 8 月 23 日浏览 )) 面对这样的现实, 很清楚, 全世界对能源的渴求和对环保的需求不太可能靠仅仅减少排放来得到缓解 打破僵局的解决办法可能不在于减少排放, 而在于把温室气体中的关键组分 二氧化碳, 及时地从排放气体中清除出来, 以阻止其进入大气 碳捕集 利用与存储 (CCUS) 流程从排放物中移除二氧化碳, 并将其脱水 净化, 压缩成液态 液态二氧化碳可以运到井口或其他地方, 用于提高原油采收率项目, 注入地球深处并永久封存于地下, 或者作为化工厂 [5] 的原料 油气行业的上游领域很熟悉 其中的运输和存储环节 几十年来, 工程师设计了各种地下注入系统, 用来维持储层压力 存储气体 提高原油采收率和废弃物处理 本文介绍如何将上游领域的专业知识 方法和技术应用到 的地质封存中 资源 世界各国政府都致力于捕集, 将其从静态点源排放物中分离出来并封存起来 ( 上图 ) 为此, 各国政府都在试图对潜在的二氧化碳封存资源做出切实估计 在美国及加拿大部分省市, 美国能源局 (DOE) 建立了区域性碳封存合作伙伴组织 (RCSP), 提供这 [6] 些估计结果 DOE 在寻找可用于封存 的地下空间时主要考虑三种地层 油气藏 盐层和不可开采的煤层 资源评估结果代表可用于注入和封存 的孔隙空间在沉积岩石中的比例 潜在的 封存地层的筛选标准为 : 与浅层地下水 可采油气 其他地层 土壤层和空气隔绝 重力分层 允许的最大注入压力 盖层或围岩毛细管吸入压力 驱替效率 [7] 38 油田新技术

4 根据已采或可采油气体积及这部分体积可被相同体积的 所替代这一假设, 工程师对油气藏进行油田级评估 盐层和不可开采的煤层则进行 [8] 盆地级评估 盐层由饱和盐水的多孔岩石组成, 其上覆盖一或多层区域内广泛分布的低渗岩层 DOE 和 RCSP 在评估盐层基于以下条件 : 压力和温度可保证 一直处于浓稠的液态 一个适合的封闭系统, 防止 垂直溢出油藏 水文地质学条件可保证 被隔绝起来 筛选不可开采煤层时, 要求水中的总溶解固体浓度大于 10000ppm 根据煤层地热和地压梯度, 气态 的吸附作用可能仅发生于地下 900 米 (3000 英尺 ) 以上 [9] 超过这个深度, 液态 可能进入硬煤并改变其性质, 使煤基质膨胀, 进而带来后续 的注入问题 [10] 况且, 注入 可能会造成煤层割 理闭合 渗透率降低 [11] 用来评估三种地层环境的理论主要基于体积法 储层流体分布和流体驱替过程 这些方法假设开放系统中储层流体会被注入的 所驱替 对于注入的 来说, 进入孔隙空间的最主要阻力来自于驱替效率而非增加的压力 但是由于缺少井的数据资料,DOE 在评估盐层的存储体积时存在着很大的不确定性 在油气行业, 将某个地层称为 资源 意味着缺少数据, 对特定油气藏的存在 规模或可开采性并不确定 通过探井和探边井收集到更多数据后, 作业公司信心增强, 将远景区类别从预测储量改为控制储量及探明的开发动用储量 (PDP) 这些完善的分类方法全球通用, 美国证券交易委员会也用其来评估公司资产, 实现公共会计目的 分类需要精细的储层特性信息 ^ 建议的分类系统 为了建立一个统一的 CCS 资源分类框架, 科学家提出可以采用勘探生产行业的分类框架 提议的框架与资源分类相对应, 共分为三个阶段 : 勘探阶段 ( 底部 ), 其中远景资源和远景存储资源对应 ; 地址描述阶段 ( 中间 ), 其中潜在资源和潜在存储资源对应 ; 实施阶段 ( 顶部 ), 其中储量和存储能力对应 每类资源再细分为项目状态子类, 以描述项目进展情况 例如, 勘探阶段分为几个子类, 其中包括分类的全面评估过程, 相当于勘探生产工程师进行场址筛选 选择和初始描述 ( 根据 Rodosta 等人的资料修改, 参考文献 12 ) 工程师在评估多孔和渗透性区域时会使用类似系统来对 CCS 或封存资源进行分类 ( 上图 ) [12] 把资源从按 5. 尽管 存储 一词常用来表示 CO2 可被回收以备后用, 而 封存 一词表示将气体永久隔离开来, 但实际上这两个术语经常互换 6. DOE 已经建立了 7 个区域合作伙伴, 由州机构 大学 私人公司 国家实验室和非营利组织组成, 为 CCS 制定技术 基础设施需求及规则 7. Bachu S: CO2 Storage in Geological Media:Role, Means,Status and Barriers to Deployment, Progress in Energy and Combustion Science 34 卷, 第 2 期 (2008 年 ): Litynski J,Deel D,Rodosta T,Guthrie G,Goodman A,Hakala A,Bromhal G 和 Frailey S: Summary of the Methodology for Development of Geologic Storage Estimates for Carbon Dioxide,Appendix B, 美国 DOE 国家能源技术实验室 (NETL)( 编辑 ):Carbon Sequestration Atlas of the United States and Canada, 第 3 版, 华盛顿特区 :US DOE NETL,(2010 年 11 月 ): PDP 分类转到按存储能力 与储量相同的 CCS 词汇 分类需要精细的储层特性信息 9. Bachu S,Bonijoly D,Bradshaw J,Burruss R,Holloway S,Christensen NP 和 Mathiassen OM: CO2 Storage Capacity Estimation:Methodology and Gaps, International Journal of Greenhouse Gas Control 1 卷, 第 4 期 (2007 年 ): Metz B,Davidson O,deConick HC,Loos M 和 Meyer L( 编辑 ):Carbon Dioxide Capture and Storage 英格兰剑桥 : 剑桥大学出版社 (2005 年 ),http: // d_data_reports.shtml (2012 年 7 月 10 日浏览 ) 注入能力指的是在不压裂地层的情况下泵入流体的最大流量和压力 11. 煤层割理指煤层中的天然裂缝 12. Rodosta TD,Litynski JT,Plasynski SI,Hickman S, Frailey S 和 Myer L: US Department of Energy s Site Screening,Site Selection,and Initial Characterization for Storage of CO2 in Deep Geological Formations, Energy Procedia 4 卷,(2011 年 ): /2013 年冬季刊 39

5 较低盐流的储层 模拟结果显示, 在很长一段时期 ( 几百年间 ) 缓慢迁移, 随着时间的推移, 形成新的残余 饱和状态, 溶解在盐水中, 并在这些条件下在地层中稳定下来 容量确定资源容量的难度可能会很大 CCS 资源一般都位于油气活动很少甚至没有或缺少地层描述信息的区域 有关所提议资源的结论最初一般都来源于测井资料 岩心数据以及二维地震测线 在很多情况中, 相关数据来自数公里以外的临井 对二氧化碳潜在注入场址的早期描述可帮助作业公司预测注入速度 压力以及地层存储能力 地学科学家首先解释现有地震数据, 以便了解储层的封闭性 厚度 孔隙度 最优注入区域和断层分布情况 他们也试图获得更多信息诸如 : ^ 网格模型 网格模型被用来模拟和预测 CCS 注入项目中井的动态 工程师可以利用有限的数据来建 立一个适用于所建议 CCS 存储区域的地质模型 此模型只对广义参数做出假设, 将储层视为一系列倾 斜的平面 ( 上图 ) 之后, 根据对目标地址的岩石物性分析 来自临井的资料 (INJ1B INJ2B INJ3B INJ4B INJ5B INJ6B) 地震资料和新的地面解释结果, 工程师开发出一个更真实的构造模型 工程 师将他们得到的结果应用到开放海洋到近岸水域河流 - 潮汐三角洲 - 浅大陆架分布的沉积相解释模型中, 进行高级地质统计预测 ( 下图 ) 作业公司要确定储层能接受的 注入速度 安全注入压力和储层的总存储体积 欲确定这些参数, 作业公司需要通过钻井来获得目标地层的孔隙度和渗透率 油气 PDP 分类中, 与碳存储类似的词汇是探明已开发的存储容量 [13] 在钻井之前, 作业公司必须选定一个场址, 而场址筛选标准一般与油田不同 在 CCS 井注入场址选择参数中, 其中一条是接近 源, 这样作业公司可以节省管道铺设费用 与石油行业不同的是,CCS 作业公司选址时要求钻入目标地层的井的数量越少越好 虽然这样会减少对工程师选择油气井井位来说弥足珍贵的临井数据, 但对 注入而言, 没有井眼通过存储地层会降低二氧化碳通过盖层泄露的可能性 同样, 地学科学家寻找的是位于矿藏或者油气藏之下的地层, 避免将来钻井钻穿二氧化碳存储地层 考虑潜在的 CCS 地层时, 地学科学家会选择具有多孔渗透性储层 有效圈闭机理 上覆盖层的地层 他们也会寻找表明目标地层此前很少经历构造活动的证据, 以便降低所注入的 通过断层诱发的通道迁移出注入地层 与油气藏和天然气存储设施相比, 对于潜在的二氧化碳封存场址来说, 四面封闭并不是先决条件 理想储层可能是一个具有很小区域倾斜 国家边界 乡镇 自然保护区 当地油气田 饮用水 孔隙度窗口和老井等的位置 区域地层倾斜 二氧化碳致密相封存的大概深度 二氧化碳源与注入井之间的距离 二级密封和储层非均质性 地学科学家的研究成果一般是储层的网格模型 ( 左上图 ) 油藏工程师利用这些基础模型模拟流动情况, 以进一步了解地层的注入能力 存储容量 所注 在地下的可能运移及压力变化等 在得到流体模拟的结果后, 地学科学家往往会发现新的问题, 尤其是 [14] 羽流迁移和渗透率之间的关系 对于 封存和提高原油采收率项目, 要想精确预测注入地层的动态, 那么模拟 进入地层后的迁移情况非常关键 模型中的一个关键参数是饱和卤水岩石中的残余 饱和度 [15] 40 油田新技术

6 在注入 之前, 工程师会在实验室中通过分析岩石性质及储层流体与 的相互作用推导出预测方程, 然后计算出残余 饱和度 开始注入二氧化碳后, 工程师可用注入井和观察井中的西格玛时移测井数据来获得储层饱和度 确定岩 [16] 性 孔隙度和井下流体分布数据 位于休斯顿附近的 Frio Brine 试点项目就采用这种方法, 此项目由德州大学奥斯汀分校 Jackson 地球科学院经济地质处管理 项目工程师利用测井电缆上的 RSTPro 油藏模拟工具来验证实验室 饱和度数据 项目工程师向斯伦贝谢公司碳服务岩石物理团队提出两个问题 : 一是测量注入过程中 在储层流体中的最大饱和度, 二是测量羽流在目标注入地层扩展之后储层中的残余 饱和度 可实施测量的井包括一口观察井和一口注入井, 后者在前者斜下方 100 英尺 (30 米 ) 处 工程师在注入 之前对两口井进行了基线测井 突破之后, 立刻在观察井中进行同样的测井项目, 两天之后 停止注入一个月和九个月后分别重复进行以上测井项目 根据获得的测井结果, 地学科学家可比较原地饱和度测量结果与实验室和模型 [17] 测量结果 资源向容量的转换 美国及其他国家很多地方都有 CCUS 潜力 美国伊利诺斯盆地寒武纪的 Mt. Simon 砂岩被认为是一个可能适合存储 的场址 这是一个面积很大的含盐储层, 上伏于前寒武纪花岗岩或流纹岩基底上, 上覆 Eau Claire 页岩 一个包含页岩 粉砂岩 [18] 和致密石灰岩的低渗层 之所以做出开发 Mt. Simon 砂岩来展示 CCS 科技的决定, 是因为早先伊利诺伊州有几个美国最大的气体储藏设施 在伊利诺伊州北部, 主要是大都市芝加哥附近, 公共事业公司在过去的 50 多年一直使用存储在 ^ Mt.Simon 砂岩 Mt.Simon 砂岩层是伊利诺伊盆地最厚最宽的高盐储层 它覆盖了伊利诺伊州的三分之二, 并延伸至印第安纳州和肯塔基州 估计 Mt.Simon 砂岩可封存 亿公吨 ( 亿美吨 ) 的二氧化碳 Mt.Simon 砂岩上下的几层页岩形成了不可渗透的盖层, 以保证将 封闭在 目标层中 砂岩 Simon 砂岩上面几层多年来一直用于存储天然气 ( 地图由 中西部地区地质封存集团提供 ) Mt.Simon 砂岩上层区域的天然气 此区域几乎横跨整个伊利诺伊州并且覆盖印第安纳州和肯塔基州的一部分 13. Frailey SM 和 Finley RJ: Classification of CO2 Geological Storage: Resource and Capacity, Energy Procedia 1 卷, 第 1 期 (2009 年 2 月刊 ): 羽流迁移指的是 CO2 注入储层之后横向或纵向的逸散 15. 随着 CO2 在相互连通的孔隙中的扩散, 小液滴逐渐分离并脱离 CO2 羽流的主体 这些液滴会滞留在孔隙中不能再移动 而这种残余俘获是使 CO2 留在封堵地层中的最主要机理 16. 脉冲中子俘获工具可用来测量储层捕获热中子的速率 这种测量方法被称为宏观俘获截面或西格玛 ( 上图 ) 因此, 工程师对上层 英尺 (60-90 米 ) 的盖层 储层注入能力 地层连通性信息较为了解 17. 有关 Frio Brine Pilot 项目的更多信息, 请参见 : Bennaceur K,Gupta N,Monea M,Ramakrishman TS, Randen T,Sakurai S 和 Whittaker Capture and S: CO2 Storage A Solution Within, 油田新技术 16 卷, 第 3 期 (2004 年 8 月刊 ): 美国 DOE NETL: Midwest Geological Sequestration Consortium Development Phase Large Scale Field Test, Project678_4P.pdf (2012 年 7 月 10 日浏览 ) 2012/2013 年冬季刊 41

7 ^ 注入井 IBDP 注入井的建造, 使用了建造 这类井的典型施工技术 所有套管串都用水泥胶 结至地面 此外, 挑选出的存储层段上下皆为不 渗层 IBDP 注入井项目中, 盖层是 Eau Claire 页 岩, 底层是前寒武岩 分布在 Eau Claire 页岩上 边的不渗透 Maquoketa 和 New Albany 页岩分别被 视为二级和三级盖层 此注入井使用的是 20 英寸 的表层套管,13 3 / 8 英寸的技术套管,9 5 / 8 英寸的 生产套管,4 1 / 2 英寸的注入管, 前三者坐封在砂 岩中, 后者坐封在射孔区之上的封隔器上 生产 套管下部 1,947 英尺 (593 米 ) 和整个注入管都是 铬合金防腐管 但是随着井的钻进, 在井底部发现 Mt. Simon 砂岩的底部岩层孔隙度达到 30%, 渗透率达到 1000 毫达西 而顶部的岩层平均渗透率只有 100 毫 ^ 验证井 为了监视 羽流在地层中的迁移情况,CCS 项目中可能使用验证井 ( 左图 ) 工程师在验证 井中安装了很多监视器 ( 未显示 ); 这个 3D 排列的测量和取样点可以精确评估注入流体的走向 在 IBDP 验证井中, 实时温度和压力传感器会测量整个井筒中 11 个点的温度压力数据 配有取样点的心轴和这些 传感器并列放置 ; 储层流体有可能在储层条件下被测量端口捕集到并通过钢丝工具送至地面 ( 右图 ) 此 井完井使用的是 13 3 / 8 英寸的表层套管,9 5 / 8 英寸的技术套管和 5 1 / 2 英寸的生产套管, 以及 2213 英尺 (675 米 ) 的铬合金装置 ( 坐封在 Mt. Simon 砂岩之下的前寒武纪岩石上 ) 一串 2 7 / 8 英寸的管道从地表一直下到 4747 英尺 (1447 米 ) 为了防腐, 英尺 ( 米 ) 井段使用了不锈钢管道 达西 此外,Mt.Simon 地层至地面至少有三个封闭层, 是一个 1500 英尺 (460 米 ) 厚 连续的纯砂岩 为了展示地下长期封存 的可行性以及将 Mt. Simon 的分类从 资源 改为 容量, 美国 DOE 和中西部地区地质封存集团资助的伊利诺伊州地质局 (ISGS) 正引领阿彻丹尼尔斯米德 兰 (ADM) 斯伦贝谢碳服务和其他合作伙伴开展伊利诺伊盆地 Decatur 项目 (IBDP) IBDP 项目于 2007 年 12 月收到首笔资金后开始启动,2011 年 11 月开始注入作业 该项目捕集发酵过程所产生的, 然后用其在伊利诺伊州 Decatur 的 ADM 玉米加工厂生产乙醇 42 油田新技术

8 随后压缩的液体 被运往并注入到深度约为 7000 英尺 (2100 米 ) 的 Mt. Simon 砂岩 IBDP 是美国 DOE RCSP 计划下的系列项目之一, 主要目的是向大家展示 : 利用最好的工程和地质方法, 可以安全 成功地长期封存, 而且项目的开展符合当地 [19] 和区域经济相关者的利益 IBDP 之所以选择这个场址, 是因为地质条件合适, 供应成本相对较低, 而这些条件已经为该区域带来了大量项目 第二个项目即伊利诺伊工业碳捕集和封存 (IL-ICCS) 项目也在 Decatur IL-ICCS 项目除了 Richland 社区大学外, 其余合作伙伴和 IBDP 项目相同 ;IL-ICCS 项目的资金来源于 2009 年的 美国复苏与再投资法案 (ARRA) ADM 工厂乙醇生产的排放物是纯度为 99% 饱和水蒸气的, 温度达到 80 (27 ), 压力略大于大气压 与组分复杂的排放物相比,ADM 工厂的 捕集较为容易且成本低 前者如煤电厂的排放物, 若使用现有技术来提取其中的, 电厂效率会降低四分之一到三分之一 此外, IBDP 的监测井和验证井都为在 ADM 公司在 Decatur 的项目组所有, 这样不仅能缩减修建管道的费用, 还能更好实施大规模的环境监测 IBDP 在 ADM 设备处捕集 后进行脱水, 并在井口处加压至 1400psi (9.6MPa) 随后项目组开始以 1100 美吨 / 天 (1000 公吨 / 天 ) 的流量注入液态, 三年的总注入量预计为 110 万美吨 (100 万公吨 ) [20] 发展 IBDP 在项目的计划阶段,ISGS 和斯伦贝谢公司碳服务项目组的地学科学家, 通过区域性地质学 2D 地震曲线和预备注入 的注入井附近两口井的测井资料 ( 一口井在注入井东北 38 英里 (61 公里 ) 处, 另一口井在注入井南边 50 英里 (80 公里 ) 处 ) 利用 Petrel E&P 软件平台建立了初期 的地质模型 基于此模型, 油藏工程师使用 ECLIPSE 油藏模拟软件建立了一个流动模型 斯伦贝谢公司碳服务项目组负责注入井 验证井和地震检波井的钻井和完井 其中, 完井方式为间隔射孔, 管柱和井口的尺寸是基于早先地层模拟算出的注入 流量及压力制定的 因为进一步完善模型所需的数据只能从钻井和测井得出, 所以在设计二氧化碳注入速度时采用了很大的安全系数 在 2009 年, 项目工程师钻了一口注入井, 同年晚些时候进行了 3D 地震测量 在 2010 年, 在北部钻进了 1000 英尺 (300 米 ) 深的验证井, 并采集了岩石物性测井数据和岩心数据 ( 上页, 右图 ) 在 Eau Claire 页岩层上方钻了一口监测地层的物探井, 并在套管外壁每 50 英尺 (15 米 ) 的地方沿裸眼段以水泥固封了地震检波器 ( 右图 ) 为了防止 从盖层逸散, 穿过存储层的井的每个套管段必须固井至地面 这对于钻井工程师和完井工程师来说是个挑战 生产套管和井壁之间整个水泥环产生的静水压力会向井壁施压, 从而造成井漏问题 在钻进 IBDP 注入井时就出现了这个问题, 即工程师在 Eau Clair 页岩层之上的碳酸盐岩地层遇到井漏区 传统的解 [21] 决方法并未奏效 在实施传统钻井时, 工程师会选择让钻井液流入漏失层, 待漏失停止时下钻杆继续钻进 但是此案例中, 工程师知道这并非合适的解决方案 一般井的水泥返高距地表还有很大距离, 但是 CCS 井的套管都是用水泥固封至地表 这就要求漏失层必须足够坚固, 能承受整个环空的水泥量 工程师通过使用顶替泥浆液的方式穿过薄弱层, 使部分水泥进入地层基岩, 以此解决井漏问题 然后钻穿新形成的水泥塞, 在整个漏失层留下一段内衬水泥的井筒, 这样漏失层就能承受生产套管整个水泥柱产生的静水压力 ^ 物探井 物探井中的地震检波器是通过水泥固定在油管 - 裸眼环空中 整个物探井在盖层之上 有了装有地震检波器的物探井和注入井, 工程师就可以用微震监测软件来定位地下 90 英尺 (27 米 ) 范围内的声音 此物探井采用了 9 1 / 4 英寸的表层套管,3 1 / 2 英寸油管从表层到 3498 英尺 (1066 米 ), 裸眼完井总深度为 3500 英尺 (1067 米 ) CCS 井施工中一个更令人生畏的问题是 的碳化作用会降解水泥 传统的普通水泥遇到 就会出现这个问题 [22] 为解决此问题, 钻井团队采用了 EverCRETE 防 腐蚀的水泥 通过实验模拟, 让防腐水泥暴露在地层条件下的液态 中, 结果表明水泥没有失效迹象 先注入标准普通水泥作为领浆, 然后沿注入管柱向井下注入 EverCRETE 水泥 19. Rodosta 等人, 参考文献 US DOE NETL: Midwest Geological Sequestration Consortium Development Phase, fshelf/project%20portfolio/2009/partnerships/develo pment/midwest%20geological%20carbon%20seque stration%20consortium%20phase%20iii.pdf ( 2012 年 8 月 1 日浏览 ) 21. 有关井漏的更多信息, 请参见 :Cook J,Growcock F,Guo Q,Hodder M 和 van Oort E: Stabilizing the Wellbore to Prevent Lost Circulation, 油田新技术 23 卷, 第 4 期 ( 2011/2012 年冬季刊 ): 当二氧化碳穿透水泥时, 碳化作用会改变其组成 有关水泥碳化的更多信息, 请参见 :Kayser A,Knackstedt M and Ziauddin M: A Closer Look at Pore Geometry, 油田新技术 18 卷, 第 1 期 (2006 年春季刊 ): /2013 年冬季刊 43

9 EverCRETE 水泥的顶端在技术套管鞋以上 750 英尺 (230 米 ), 这样可以保证 不会和脆弱的普通水泥相接触 测量过程 验证井装备了 Westbay 多层地下水描述及监视系统 此地下水监视系统在单井内可以测量流体压力 收集流体样品以及进行多个地层的多次水压试验 此系统还针对 IBDP 项目进行了适应深井作业的改造, 并且监视 的封存 此外, 此系统还能帮助工程师在储层压力下收集流体样品, 并且在 到达验证井前后进行多地层实时温度压力监测 在 IBDP 井中, 工程师使用改造过的 Westbay 系统监测 11 个井段, 并收集模拟 在 Mt.Simon 砂岩中移动的模型的数据 监视系统由一组安装在水泥固封且射孔的套管内的完井管柱组成 油管柱有 27 个封隔器, 用来分隔射孔和未射孔的套管段 每一层都有一个可供探针出入的测量端口, 探针用电缆下入井中, 可测量流体压力和收集流体样品 共有 13 个探针, 其中 11 个在射孔段测量压力和温度,1 个在质量保证区探测封隔器的完整性, 还有 1 个监测油管内部压力 探针由一根共用的电缆连接至地面的数据记录器界面 随后, 工程师将带有压力传感器的电缆从油管柱中取出, 获得收集的样品, 然后将电缆在放回管柱中继续监测直到下次取样 在进行一系列取样之前, 工程师进行电缆 RSTPro 测井, 以确定哪些地层含有 取样时只在 未到达的区域内进行 整个取样过程遵循固定的顺序, 因为之后要重复取样, 按时间顺序分析流体的化学性质参数 从目标取样层提取一定体积的流体, 然后利用取样探针和收集器收集地层流体 收集器完全密封, 以保证流体样品返回地面时依旧处于地下储层条件 到达实验室后工程师采用压力控 制装置从收集器中取出流体, 以保证样 IL-ICCS 二氧化碳注入预计是在 IBDP 品的完整性 流体的化学分析包括溶解井注入二氧化碳的第三年年初和最后的阴离子 阳离子和气体 一年开始 复合数据用于监测注入井射孔处的流量分布 进行 RSTPro 测井此项目采用 RTAC 实时采集和控制的目的是收集注入井和验证井周围的软件, 此软件具有监控和数据采集系统 CO (SCADA), 以便于各种工具和设备连 2 饱和度数据 位于射孔处以上 600 英尺 (180 米 ) 的井下仪表测得了 IBDP 接 RTAC 系统还包含安全的基于网络井的实时注入速度以及注入井底压力的数据可视化功能和存档界面, 这些功 (IBHP) Westbay 监测系统测得位于能可用于标准模块或者为有特殊需求注入井北面 1000 英尺的验证井指定层的用户定制安装 对于 IBDP 井,RTAC 的实时压力数据 为了校准模型共使系统经过适当配置, 可以让项目相关方用了 10 个 Westbay 测量区中的 5 个 远程监测二氧化碳注入和其他相关井数据 ( 见下页 ) 工程师利用 ECLIPSE 油藏模拟软件进行了储层模拟, 包括用于模拟在二氧化碳注入项目开始于 2011 年 [23] 含盐层封存 CO 11 月, 在此之前地学科学家提供了各 2 的 STORE 模型 在使用模型过程中, 工程师主要考虑种关于地层表现的预测 工程师制定了三种相态 : 富含 CO 面对地层不能接受注入的 时向大 2 相 富含 H 2 O 相以及固相 此静态地质模型包含了整个气排放 的应急措施 ADM 工厂也 Mt. Simon 砂岩层和上覆 Eau Claire 页准备了备用泵, 以防注入压力高出预计岩层 压力 但是意外事故没有发生, 因为注入速度高于模型预测结果, 而所需压力这个模型涵盖 40 平方英里 (104 则低于模型预测结果 平方公里 ) 的区域, 并分割为 1298*1308*534 单元的网格, 每个单元完善模型的平均尺寸为 150 英尺 *150 英尺 *3.5 英随着钻井和二氧化碳注入作业的尺 (46 米 *46 米 *1 米 ) 井筒附近的水进行, 油藏工程师和地学科学家获得了平单元从 150 英尺缩小为 50 英尺 (15 更多数据来改进 Petrel 模型并优化后米 ), 以便获得更高的储层模拟分辨续作业方案 例如为确保注入能力和优率 而远井地带的水平单元则从 150 化羽流几何结构, 工程师在注入井完英尺放大至 1500 英尺 (460 米 ) 对于钻 测井之后设计了完井方案 工程师准备用于封存 的 700 英尺 (210 米 ) 利用更新后的模型设计了代表井底条下部层段, 地质模型的垂直分辨率保件的注水作业和压降测试 而这些测试持不变 在模型的上半部分, 单元的的结果会用来矫正模型, 并重新评估和垂直高度缩小至 75 英尺 (23 米 ) 最验证完井方案 验证井完钻 测井之后, 终形成一个 143*143*143 单元的高分辨地学科学家利用更新后的数据来改进率网格模型, 在注入井周围进行局部预测模型 精细化处理 一个由油藏工程师 岩石物性学家注入区域的地层孔隙度为和地学科学家组成的团队使用更新后 8%-26% 在钻完 IBDP 井后进行原位测的模型在验证井中确定了取样及测量量, 确定温度梯度约为 1 /100 英尺区域 在不同阶段实施了敏感性分析, (1.8 /100 米 ), 压力梯度约为 0.45psi/ 以便了解需要哪些数据 英尺 (10.2MPa/ 公里 ) 但是 Mt. Simon IBDP 项目注入开始之后, 工程师砂岩下半段地层含有高盐水, 所以压和地学科学家开始积累大量数据, 并开力梯度比一般淡水层的压力梯度高 始研究模型, 以便用于 IL-ICCS 项目 对在钻进注入井期间采集的真实地层流体样品进行分析, 结果表明溶解性 44 油田新技术

10 > 实时数据 利用 RTAC 实时采集和控制软件, 项目相关方可以监测井下测量的注入速度 ( 上图 ) 注入井的实时井下压力数据 ( 中图 ) 确定已经达到既定的注入速度 验证井 11 个射孔区的 Westbay 测量结果 ( 下图 ) 反映了实时井底压力 只有 1 区 2 区 3 区和 4 区发生了压力变化, 这也说明 还未到达 4 区之上 总固体含量为 ppm ppm 储层模拟中采用的另外一个重要参数是 Mt. Simon 下部砂岩的破裂压力梯度 注入井的台阶状注入速度测试表明破裂压力梯度为 0.715psi/ 英尺 (16.2MPa/ 公里 ) 为了进行储层模拟,IBDP 井的井下注入压力 (BHIP) 可达到破裂压力的 80% 而 IL-ICCS 井的 BHIP 可达到破裂压力的 90%, 这是因为 IL-ICCS 井的注入速度更高 在模拟期间, 以 1100 美吨 / 天 ( 1000 公吨 / 天 ) 的速度向 IBDP 井中注入, 持续两年, 随后一年内, 以 1100 美吨 / 天的速度向 IBDP 井注入, 同时以 2200 美吨 / 天 (2000 公吨 / 天 ) 的速度向 IL-ICCS 井注入 随后四年内, 以 3300 美吨 / 天 (3000 公吨 / 天 ) 的速度向 IL-ICCS 井注入 在 7 年注入的最后, 模拟了 45 年的后期监测, 以了解 羽流的长期变化及注入层的压力变化 在 IBDP 和 IL-ICCS 井中, 注入区仅限于 Mt. Simon 下部砂岩, 这是因为该区域具有最高的孔隙度和渗透率 在 IBDP 井中, 工程师在模拟中采用的是 55 英尺 (16.8 米 ) 的现有射孔段 而在模拟 IL-ICCS 井时, 工程师采用的是 330 英尺 (100 米 ) 的射孔段 23. 有关模拟的更多信息 :Edwards DA,Gunasekera D, Morris J,Shaw G,Shaw K,Walsh D,Fjerstad PA, Kikani J,Franco J,Hoang V 和 Quettier L: Reservoir Simulation: Keeping Pace with Oilfield Complexity, 油田新技术 23 卷, 第 4 期 (2011/2012 年冬季刊 ): /2013 年冬季刊 45

11 ^ 模拟验证 注入期内前 4 个月采集的数据用于 IBDP 井下压力标定流程 为标定储层模型, 工程师将注入速度观察结果输入模型, 用来预测注入井底压力 随后比较模拟压力 ( 上图, 黑色曲线 ) 和压力观察结果 ( 绿色曲线 ) 标定注入井底压力后, 标定致密段的竖直 / 水平渗透率之比 (Kv/Kh) 及储层岩石的压缩性 ( 下图 ), 以此微调验证井五个区域的模拟压力 由于 2 区和 3 区与注入井的射孔段直接相连, 因此立即出现压力变化 油藏工程师确定出 2 3 区之间的阻挡层及 4 区和 4 区以上区域之间的阻挡层阻止垂向流动 所以, 与 2 3 区的结果相比,4 区 6 区和 7 区的压力模拟结果和观察结果之间的匹配性更好 项目团队使用 IBDP 注入期内前 4 个月的数据标定场址模型 随后, 工程师输入 IBDP 注入速度, 以计算验证井中 5 个区域的压力 模拟压力与观察结果相接近 工程师发现储层渗透率和表皮系数是影响注入压力标定的关键参数, 并决定将其作为拟合参数 他们还采用来自电缆生产测井的复合置 饱和度和厚度 因为这些信息有数据来计算进入注入井中每组射孔段助于微调相对渗透率曲线的端点, 了的 总量 工程师可利用这些数据和解 和卤水在储层中的流动模式 工模型来微调各个射孔段的表皮系数, 程师用标定后的模型来进行预测模计算渗透率以便于 IBHP 匹配 ( 上图 ) 拟, 估计二氧化碳羽流的发展变化及工程师利用 RSTPro 测井数据来估注入过程中的压力变化 计注入井和验证井周围 液柱的位 46 油田新技术

12 由模拟结果来看,IL-ICCS 井注入 后出现的羽流与 IBDP 井的羽流相互影响 因为注入区离 Mt. Simon 砂岩层底部很近, 而 的密度低于天然卤水, 所以 会从注入区向上运移 在 的上移过程中,Mt. Simon 砂岩层内低渗层以下的 饱和度逐渐上升 这种合并会导致 在低渗层之下横向扩散, 导致羽流缓慢增长 而 Mt Simon 砂岩内的低渗层限制了 穿过注入层发生垂向扩散 最终模拟结果显示, 在连续 5 年向 IL-ICCS 井注入 并经过 45 年的封存之后, 依旧会保持在 Mt. Simon 下部砂岩之下 ( 右图及下页图 ) 长期 CCS ADM 的两个项目向地质储层中注入的由人类活动产生的 总量多于美国其他地区的任何项目 从这两个项目中得到的经验将会对未来处理化石燃料排放物产生重大影响 伊利诺伊州的这两个项目有助于确定 Mt. Simon 砂岩层存储人类排放 的能力, 其潜力在数十亿吨 Mt. Simon 砂岩层横跨三个州, 地处美国几个最大的煤厂和工业设施之下, 位于中西部几个对煤炭依赖很大的州中, 因此美国产生的 可以运到此地进行封存, 所有这些优点使得 CCS 在美国商业可行 IBDP 和 IL-ICCS 已经施工并且目前还在施工, 需要满足美国环保署新发布的 地下注入控制 VI 类 注入井指南的规定 根据新的井分类, 作业公司必须严密监视地下 羽流在多孔岩石中的移动情况 为达到这一要求, 伊利诺伊州地质调查局的科学家正在对碳封存中从未用过的一些设备进行测试, 其中包括能够生成 羽流详图的地震传感器 伊利诺伊州的两个示范项目可以解答关于 CCUS 可行性的很多问题 两个项目同时注入, 据此可以获得一些关键信息, 帮助科学家了解两个项 ^ 第一年 平面图 ( 上图 ) 和截面图 ( 下图 ) 展示了 IBDP 模型对向 IBDP 井注入 一年后的压力前缘和羽流变化的预测结果 从结果看, 依旧在注入深度或附近 图中绿条代表 IL-ICCS 注入井的设计射孔段 目的 羽流之间的相互影响 这些信使得政策制定者对大型 CCUS 项目的息对于未来项目的可行性有很大影资金支持方面犹疑不决 如果能够解响, 因为大型电厂需要多口注入井来决这些问题, 那么美国将能够充分利向地层注入他们排放的 用已发现的 11 个深含盐层 据估计, 此外, 来自伊利诺伊州两个项目这些含盐层的存储容量足以存储未来的数据能够解答有关地质存储安全和 100 年间美国排放的所有 CO [24] 2 可持续的注入速度问题, 而这些问题 2012/2013 年冬季刊 47

13 ^ 第 3 年 平面图 ( 上图 ) 展示了注入第三年和最后一年年初的预测压力 ^ 第 18 年 CO2 羽流模拟结果, 见截面图 ( 下图 ),IBDP 井开始注入 18 前缘 IBDP 注入井中的 羽流仍然位于深深的 Mt Simon 砂岩层中 ( 下图 ) 此图与 IL-ICCS 井注入一年后 ( 依旧在注入深度 ) 的情况一致 年后, 羽流仍然位于 Eau Claire 页岩底层之下 模型预测从 IBDP 井开始 注入起, 压力前缘将于第 8 年消失 24. Szulczewski ML,MacMinn CW,Herzog HJ 和 Juanes R: Lifetime of Carbon Capture as a Climate-Change Mitigation Technology, Proceedings of the National Academy of Sciences 109 卷, 第 14 期 (2012 年 4 月 3 日 ): 尽管关于人类造成的气候变化方面的争论越来越少, 但公众对于 CCUS 对环境影响的关注持续升温 诸如 IBDP 和 IL-ICCS 以及正在进行的一些大型项目可能会减轻人们的担忧 如 果这样的话,CCUS 技术可以为进退两难的政府提供部分解决方法 政府面临的难题 : 一方面承认人类活动确实加剧了环境变化, 而另一方面承认抑制这些活动面临政治上的困难 RvF 48 油田新技术

14 Ahsan Alvi 自 2011 年以来, 一直在美国伊利诺伊州的 Champaign 担任斯伦贝谢碳服务部的项目经理 在此之前, 他曾是一名钻井优化工程师 Ahsan 在伊利诺伊大学 Urbana-Champaign 分校获得土木工程学士学位 A.Ballard Andrews 是斯伦贝谢 Doll 研究中心的首席科学家, 工作地点位于美国马萨诸塞州的 Cambridge, 专门从事光学 光子学 激光应用 红外热成像 光谱学以及沥青质科学等方面的研究 他在美国的德克萨斯大学奥斯汀分校获得凝聚态物理学博士学位, 并在美国新墨西哥州的洛斯阿拉莫斯国家实验室进行了博士后研究 后来, 他又在美国纽约厄普顿的布鲁克海文国家实验室任职, 主要从事计算的科学可视化和 X 射线显微层析方面的研究 Ballard 在各种物理学 化学以及能源期刊上发表了 50 余篇文章, 并与人合著了 Handbook of Physics and Chemistry of the Rare Earths 中的一章 他出席了超过 35 次会议, 拥有 16 项已批准或申请的专利 目前的研究领域包括井下气体成分分析 Eric H. Berlin 在伊利诺伊州的 Champaign 担任斯伦贝谢碳服务部的项目经理 自 1981 年以来, 已在斯伦贝谢担任过多个职位, 地点涉及美国的伊利诺伊州 加利福尼亚州和俄亥俄州 Eric 在美国 Minneapolis 的明尼苏达大学理工学院获得地球工程学士学位 Bill Black 是斯伦贝谢水服务部的一名高级水文地质师兼 Westbay * 销售和营销经理, 工作地点位于加拿大不列颠哥伦比亚的 Burnaby; 他从事 Westbay 系统的工作已超过 34 年 他的技术研究重点是地下水运动, 他目前的研究项目包括论证 Westbay 技术对非常规资源 ( 如油页岩 含油砂 页岩气以及煤层气等 ) 开发进行环境监测的价值 Bill 在加拿大温哥华的不列颠哥伦比亚大学获得地质工程学士学位 Michael Carney 是斯伦贝谢碳服务部的北美地下业务技术经理, 工作地点位于休斯顿 ; 他负责一个地质学 地球物理学 岩石物理学以及油藏和生产工程学方面的石油技术专家团队 1991 年, 他在非洲加蓬的 Gentil 港以撒哈拉以南非洲的区域地质师的身份加入斯伦贝谢, 随后又在安哥拉首都罗安达担任数据中心经理 在美国, 他担任过管理和技术开发等多个职位 他目前的研究重 本期作者简介 点是生产和油藏优化以及永久性井下传感 他还是生产与完井工程团队以及斯伦贝谢传感器技术特别兴趣小组的负责人之一 Michael 在美国加利福尼亚州的科罗拉多矿业学院获得地质工程学士学位 Ethan Chabora 是斯伦贝谢地热服务部的一名油藏工程师, 工作地点位于加利福尼亚的里士满 ; 他的工作重点是为客户 ( 如地热能运营商和项目投资商等 ) 进行资源评估和油藏优化 他于 2000 年以一名现场工程师的身份加入斯伦贝谢电缆测井部开始了自己的职业生涯, 此后, 先后担任过现场总工程师 主管工程师以及斯伦贝谢碳服务部的项目经理等职位 Ethan 在纽约 Ithaca 的康奈尔 (Cornell) 大学获得物理学学士学位, 并在加利福尼亚的斯坦福大学获得石油工程硕士学位 Brian Coll 是 M-I SWACO 公司 ( 斯伦贝谢的一个子公司 ) 新技术部的业务支持经理 他在井筒产能分部任职, 重点研究 WELL SCAVENGER 工具以及其他正在研发的新型工具, 工作地点位于 Aberdeen 1997 年, 他以 Gyrodata 公司一名现场工程师的身份进入石油行业, 在欧洲 北非 中东和亚洲等地操作各种可获得高精确定向井筒测量结果的陀螺和磁测量工具 他曾担任 Gyrodata 公司的作业协调员, 地点遍及沙特阿拉伯 科威特和 Baharain 并在 Kalimantan 印度尼西亚担任过 Gyrodata 公司的作业经理 2006 年,Brian 以产品支持工程师的身份加入 SPS 国际公司, 负责监督 CENTURION 循环阀 ( 后发展为 WELL COMMANDER 工具 ) 的开发 2006 年, 随着 M-I SWACO 收购 SPS, 他成为了新技术部的业务开发经理, 负责对新技术 WELL COMMANDER 工具进行市场调查 现场试验 数据收集与分析以及全球介绍, 并为其提供培训和支持 Chengli Dong 是壳牌流体评价与采样技术 (FEAST) 团队的一名资深流体物性专家, 工作地点位于休斯顿 在加入壳牌之前, 他曾是斯伦贝谢的一名油藏区域负责人 他为井下流体分析 (DFA) 测量技术的开发及其在油藏描述中的应用做出了突出贡献 他对现场原油和气体进行了广泛的光谱研究, 带领开发了 DFA 工具的解释算法 此外, 他在地层测试工作的设计 实施以及分析方面具有丰富的现场经验 他发表了超过 50 篇 技术论文, 拥有 9 项授权专利和 9 项申请专利, 并获得一项行业秘密奖 Chengli 在北京大学获得化学学士学位并在德克萨斯大学奥斯汀分校获得石油工程博士学位 Hani Elshahawi 在壳牌担任深水技术顾问, 工作地点位于休斯顿 此前, 他带领 FEAST 壳牌流体评价与采样技术卓越中心, 负责备受全球瞩目的地层测试和流体采样作业的规划 执行与分析 他在石油行业拥有超过 25 年的工作经验, 曾在服务和作业公司任职, 地点涉及非洲 亚洲 中东和北美的 10 多个国家, 还曾担任过解释 咨询 作业 营销 产品开发等多个职位 Hani 在岩石物理学 地球科学 石油工程等多个领域进行了广泛的演讲, 拥有多项专利, 且著有 100 多篇技术论文 他曾担任测井分析家协会 (SPWLA) 年度的总裁, 并且成为 SPWLA2010 年和 2011 年的杰出演讲者 Hani 在德克萨斯大学奥斯汀分校获得机械工程学士学位以及石油工程硕士学位 Robert J. Finley 是伊利诺伊州 Champaign 市伊利诺伊州地质调查局高级能源技术创新部的主管 他曾在美国德克萨斯州和落基山脉从事残留石油和天然气的油藏开发工作以及煤层气与致密含气砂岩的气藏开发工作, 并曾在伊利诺斯盆地从事油藏的碳封存开发工作 Robert 在纽约市立大学获得学士学位, 在纽约锡拉丘兹大学获得硕士学位, 并在美国哥伦比亚州的南卡罗来纳大学获得地质学博士学位 Julie Jeanpert 于 1998 年以法国燃气公司一名燃气管道建设项目工程师的身份开始了自己在石油行业的职业生涯, 工作地点位于意大利的 Ravenna 市 2001 年, 她以增产与防砂工程师的身份加入斯伦贝谢 目前, 她是一名防砂与基质酸化的技术与销售工程师 她的技术专长是套管井或裸眼完井作业中的防砂泵送与井下工具 砂岩和碳酸盐的基质酸化 堵水以及压裂 Julie 在巴黎的国立高等工程技术学院 (Ecole Nationale Supérieure des Arts et Métiers) 获得机械工程学位, 并在巴黎高等矿业学院 (Ecole Nationale Supérieure des Mines de Paris) 获得天然气硕士学位 Enos Johnson 是新墨西哥州 Hobbs 的区域经理, 负责斯伦贝谢的打捞和补 2012/2013 年冬季刊 49

15 救服务 他协调在新墨西哥州和西德克萨斯州作业的钻机和修井机的打捞和换向作业 Enos 自 1969 年以来一直从事石油领域的工作, 在他的职业生涯中, 他先后在工具车间和钻台工作过, 后又转到作业和销售工作上 Jim Kirksey 已在斯伦贝谢工作了 31 年, 目前是碳服务部北美地区的井工程经理, 工作地点位于伊利诺伊州的 Champaign 市 他曾担任过多个管理和技术职位 Jim 在美国的密西西比州立大学获得石油工程学士学位 Jimmy Land 是斯伦贝谢打捞与补救服务的业务主管 他从事过钻井和生产支持工作, 拥有 30 多年的油田工作经验, 其中有 20 年从事高级作业管理工作 Jimmy 在德克萨斯州 Abilene 的麦默瑞 (McMurry) 大学获得学士学位 David Larssen 是斯伦贝谢水服务部的一名地质工程师, 工作地点位于加拿大不列颠哥伦比亚省的 Burnaby 他于 1986 年加入斯伦贝谢, 在此之前, 他是一名工程顾问, 专门从事水文地质方面的工作 他著有多篇有关先进地下水仪表的出版物, 是 Westbay 系统应用的高级技术专家 David 在温哥华的大不列颠哥伦比亚大学获得地质工程和水文地质学学士学位 Graeme Laws 是 M-I SWACO 公司专业工具技术中心的主管, 工作地点位于 Aberdeen 1975 年, 他在北海以一名固井工程师的身份开始了自己的职业生涯, 曾在多个地方担任过多个现场职位, 从事一系列井下工具系统的工作, 包括中途测试 砾石充填和油管传送射孔等 1983 年, 他在文莱从事贝克休斯公司的防砂工作, 开始了自己的管理职业生涯 他曾在北海为 Nodeco 公司经营管理衬管悬挂器系统, 后来成为该公司的董事 Graeme 于 1999 年加入 SPS 国际公司, 担任过多个技术职位 ;2006 年,M-I SWACO 公司收购 SPS 时, 他担任技术总监 为多个井下工具的设计, 包括 WELL SCAVENGER 工具, 做出了重要贡献 Mark Lee 是斯伦贝谢职业发展与培训部的主管, 工作地点位于休斯顿 他于 2009 年加入斯伦贝谢, 已在石油行业工作了 38 年 在此之前,Mark 曾在威德福国际公司担任北美地区的业务经 理, 并曾在贝克休斯公司担任过现场工程师 Mark 在美国 Ruston 的路易斯安那理工大学获得工程学学士学位 Hannes E. Leetaru 是伊利诺伊州 Champaign 市伊利诺伊州地质调查局的一名高级石油地质师 他的研究重点是与伊利诺斯盆地碳封存活动 迪凯特 (Decatur) 项目有关的地下地质学与地球物理学 他还是美国能源部的首席研究员 被资助研究美国伊利诺伊斯盆地和密歇根盆地中寒武纪和奥陶世地层的碳封存潜能 他曾在盖蒂石油公司和休斯顿联合太平洋资源局担任石油地质师, 从事美国东西德克萨斯盆地和堪萨斯州 Hugoton 海湾的勘探和开发项目 Hannes 发表了多篇行业论文, 在纽约州立大学弗里多尼亚分校获得地质学学士学位, 在纽约锡拉丘兹 (Syracuse) 大学获得地质学硕士学位, 并在伊利诺伊大学 Urbana-Champaign 分校获得地质学博士学位 Scott Marsteller 于 1989 年在南德克萨斯州以电缆测井现场工程师的身份加入斯伦贝谢 从那以后, 他在美国担任过销售 市场和作业管理等多个职位 最近, 他在伊利诺伊州的 Champaign 担任伊利诺斯盆地的项目经理, 负责管理伊利诺斯盆地 迪凯特 (Decatur) 项目, 从规划阶段到二氧化碳注入 目前, 他在 Anchorage 担任斯伦贝谢的营销经理 Scott 在美国印第安纳州泰瑞蒙特 (Terre Haute) 的罗斯 - 豪曼 (Rose-Hulman) 理工学院获得机械工程学士学位, 并在荷兰鹿特丹的伊拉斯姆斯 (Erasmus) 大学获得工商管理硕士学位 Scott McDonald 在阿彻丹尼尔斯米德兰 (ADM) 公司担任生物燃料开发部主管, 工作地点位于伊利诺伊州的迪凯特 (Decatur) 他的职责包括将生物燃料和生物基产品的使用扩展到市场上的项目和新型产品应用的鉴定和开发 他负责生物燃料技术服务团队 加入 ADM 之前, 他曾是道达尔公司的商贸经理, 职责包括为公司在美国的炼油和石化资产进行给料和成品流的贸易和风险管理 在 20 年的职业生涯中, 他担任过多种职位, 包括贸易和风险管理 业务开发 经济学与规划 燃料配制以及单元工艺的设计 启动和运行等 Scott 在德克萨斯大学奥斯汀分校获得化学工程学士学位 Oliver C. Mullins 是一名化学家, 在斯伦贝谢担任行政管理的科学顾问 他是第一个主张进行井下流体分析以便评价地层的人 为此, 他赢得过多个奖项, 包括 SPE 杰出会员奖和 SPWLA 杰出技术成就奖 ; 他曾四次成为 SPWLA 和 SPE 的杰出讲师 他著有获奖著作 The Physics of Reservoir Fluids 和 Discovery Through Downhole Fluid Analysis Oliver 还负责一个活跃的石油科学活究小组 他与人合编有 3 本书, 合著有 9 个有关沥青质的章节和 195 篇出版物 他与人拥有 81 项获准的美国专利, 且是两个专业协会的研究员, 还在大学站德克萨斯 A&M 大学担任石油工程兼职教授 David Petro 是休斯顿马拉松石油公司的一名高级技术顾问, 他在油气行业拥有超过 32 年的工作经验 在过去的 17 年里, 他一直从事墨西哥深水湾项目的油藏描述和解释工作 David 与人合著了很多篇有关油藏评价和动态的文章 Andrew E. Pomerantz 是斯伦贝谢 Doll 研究中心的地球化学项目经理, 工作地点位于马塞诸塞州的剑桥市 他的研究主要集中于开发描绘干酪根和沥青质化学成分的新技术, 包括质谱分析法 X 射线光谱法以及红外光谱法 分子信息可用来理解石油中基本的物理和化学过程, 例如页岩中沥青质的成分分级和存储以及输送 Andrew 与人合著了 40 篇出版物, 在加利福尼亚州的斯坦福大学获得化学博士学位 Robert Robertson 自 2011 年以来一直担任斯伦贝谢全球产品工程顾问, 工作地点位于斯塔万格 他拥有超过 25 年的打捞和补救经验, 曾担任过打捞工具主管 高级井专家 作业主管以及作业经理, 工作地点遍及世界各个地方 在现任职位上, 他主要负责打捞和补救产品线的产品开发 可靠性和技术跟踪, 重点是全球堵塞和废弃油井技术 Douglas J. Seifert 是沙特阿拉伯国家石油公司的一名岩石物性顾问, 工作地点位于沙特阿拉伯的 Dhahran 他在上游部门专业研发中心担任岩石物性专业研发顾问, 负责监督沙特阿拉伯国家石油公司岩石物理学家的岩石物理学课程和研发 他专门从事实时岩石物性应用 压力测试以及流体分析方面的研究 此前, 他曾在 Pathfinder 能源服务公司 马 50 油田新技术

16 士基石油天然气公司 哈里伯顿公司以及德士古公司任职 Doug 是 SPWLA 沙特阿拉伯分会的董事, 还是 SPWLA 技术委员会的会员之一 他在俄亥俄州的阿克伦大学获得统计学学士学位和地质学硕士学位 Ozgur Senel 自 2008 年以来一直担任斯伦贝谢碳服务部的油藏工程师, 工作地点位于德克萨斯州的 Sugar Land 负责为美国和加拿大的碳捕获和存储 (CCS) 项目分析现场数据 建立和校准油藏模型 模拟 注入 预测并优化 羽流的发展过程以及优化井分级 完井和注射计划 此外, 他负责管理地面设施 - 流动保障项目 Ozgur 在土耳其安卡拉的中东技术大学获得石油工程学士学位, 并在大学站德克萨斯 A&M 大学获得石油工程硕士学位, 目前正在大学站德克萨斯 A&M 大学攻读石油工程博士学位 Valerie Smith 是斯伦贝谢碳服务部的一名油藏地球物理学家, 工作地点位于俄亥俄州的 Westerville 在担任现任职位之前, 她曾在美国 Morgantown 的西弗吉尼亚大学担任研究助理 Valerie 在纽约州立大学波茨坦分校获得物理学学士学位, 在美国的宾夕法尼亚西切斯特大学获得地质学学士学位, 并在西弗吉尼亚大学获得地质学硕士学位 Marco Sportelli 于 1986 年以一名海上钻井平台完井主管的身份加入埃尼公司 1999 年升职为钻完井主管, 一直担任至今 他的专长是亚得里亚海枯竭油气田的开发与维修 Marco 广泛使用双选防砂完井 他的工作地点位于意大利的 Ravenna Charles Svoboda 是 M-I SWACO 公司井筒产能的业务开发主管, 工作地点位于休斯顿 他的职业生涯开始于哈里伯顿公司, 于 1984 年加入 M-I SWACO 公司 ( 前身为 IMCO 服务公司 ), 自此, 已在钻井液和井筒产能部门担任过多个作业和技术职位 他的研究重点是研发与完井液 油藏钻井液 破胶剂 专业工具和过滤有关的技术并使其商业化 1982 年,Charles 在伊利诺伊州 Urbana-Champaign 分校获得土木工程学士学位 Mark Trimble 以一名钻台油井工人的身份开始进入石油行业, 后又成为一名司钻 他于 1980 年加入贝克石油工具公司, 担任了 10 年的现场技术员, 负责管理井下完井和补救工具 他离开了该行业 18 年, 当他于 2008 年重新回到该行业时, 在 M-I SWACO 公司担任技术服务工程师, 专注于为主要用于深水以及更广范围应用的井下清理工具进行设计 推荐和编写程序 自 2010 年以来, 他一直担任业务开发经理, 工作地点位于休斯顿 Mark 完善了全球清理工具新技术并对其进行培训和支持 Murat Zeybek 是斯伦贝谢油藏工程顾问兼中东地区的油藏与生产区域负责人, 工作地点位于沙特阿拉伯的达兰 (Dhahran) 主要负责电缆地层测试仪的分析与解释 压力瞬变分析 流体流动的数据模拟 控水 生产测井以及油藏监测 他是 SPE 油藏评价与工程 技术编辑审查委员会会员之一, 且是 SPE 年度技术大会暨展览会委员之一, 还在达兰 (Dhahran) 法赫德国王石油矿业大学石油工程学院的工业咨询委员会 任职 Murat 在土耳其的伊斯坦布尔技术大学获得石油工程学士学位, 并在洛杉矶的南加州大学获得石油工程硕士和博士学位 Julian Y. Zuo 目前是斯伦贝谢休斯顿压力与采样中心新一代地层测试与采样工具的科学顾问兼解释设计师, 工作地点位于德克萨斯州的 Sugar Land 自 1989 年以来, 他一直在油气行业任职 最近, 他一直致力于开发该行业第一个预测成分和沥青质梯度的简单方程式 Flory-Huggins-Zuo 并将其应用于解决油藏连通性 焦油席地层 沥青质的不稳定性 流动保障以及晚充气不平衡态等问题 他为期刊 会议和研讨会与人合著了超过 150 篇技术文章 Julian 在中国石油大学 ( 北京 ) 获得化学工程博士学位 带星号者 (*) 为斯伦贝谢公司商标 带短剑者 ( ) 为斯伦贝谢子公司 M-I SWACO 的商标 2012/2013 年冬季刊 51

17 油田新技术 下期内容介绍 地质导向和完井的发展演化新的 LWD 仪器和测井技术的问世改变了一些作业公司钻井水平井的方式 新仪器能够探测远离井筒之外及钻头前地层中的边界, 改进了地质导向技术 此外, 业内也已经开发出能够对井筒细节精确成像 能够发现天然裂缝网络的各种仪器 工程师利用这些数据进行高效的完井设计 本文介绍一些促成这些变化的技术和流程 随钻评估出于环境 健康和安全方面的原因, 科学家们多年以来一直努力开发能够取代基于放射性同位素测井仪器的产品 用脉冲中子发生器取代其他测井仪器中的化学源, 工程师们成功开发出一款不含放射性同位素的伽马 - 伽马密度测量仪器 这项创新使得作业公司能够部署一整套没有化学源的 LWD 仪器 电缆地层测试电缆传输流体采样工具使得作业公司能够以更快速度采集和分析储层流体 然后, 直到最近, 这些地层测试器的用途还仅限于某些类型的地层 某些流体的流态, 或者需要在采集点保留较长时间才能采集到干净样本 一项新设计克服了这些困难, 而且还大大扩展了电缆地层测试的用途 52 油田新技术

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