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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，將含CO2和H2S的酸氣注入地層，能夠實現(xiàn)碳硫零排放，而且有利于調節(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之一。酸氣注入地層后，氣體在多孔介質中擴散，驅替地層水，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造封存、殘余封存、溶解封存和礦物封存。就結構和構造封存而言，為保證封存的安全性，蓋層應為低滲透巖層。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