摘 要：【目的】CO2地質(zhì)封存是落實(shí)國(guó)家“雙碳”目標(biāo)的重要方法之一，建立完善的選址標(biāo)準(zhǔn)，是確保安全封存的前提條件，并能提高CO2地質(zhì)封存的成功率?！痉椒ā酷槍?duì)延長(zhǎng)油田CO2封存選址優(yōu)選困難的問(wèn)題，借鑒國(guó)內(nèi)外成功實(shí)施CO2封存的油藏實(shí)例，本著CO2地質(zhì)封存選址“安全性第一，既經(jīng)濟(jì)又環(huán)境友好”等原則，從工程地質(zhì)條件、封存潛力條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件等3方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，利用層次分析法和灰色關(guān)聯(lián)法建立多層次灰色評(píng)價(jià)模型。【結(jié)果】結(jié)果表明，所構(gòu)建的模型能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)延長(zhǎng)油田各個(gè)區(qū)塊CO2封存的適宜度?！窘Y(jié)論】研究成果為延長(zhǎng)油田低滲油藏CO2封存優(yōu)選場(chǎng)地提供了一種行之有效的方法。

關(guān)鍵詞：CCUS；低滲油藏；層次分析法；灰色關(guān)聯(lián)法；適宜度評(píng)價(jià)

中圖分類號(hào)：TE99" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " "文章編號(hào)：1003-5168（2024）13-0040-06

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.13.008

Study and Experiment on Evaluation Method of CO2 Storage Suitability for Low Permeability Reservoir in Yanchang Oilfield

YAO Jian1 GUO Hongqiang1 ZHANG Jinyuan1 ZHANG Tianjin2" LI Jiaxin1

（1.Exploration and Development Technology Research Center， Yanchang Oilfield Co.， Ltd.， Yan 'an 716000， China; 2.Yan 'an University， Yan 'an 716000， China）

Abstract： [Purposes] CO2 geological storage is one of the important methods to implement the national" "\" double carbon \" goal. Establishing a perfect site selection standard is a prerequisite for ensuring safe storage and can improve the success rate of CO2 geological storage.[Methods] In view of the difficulties in selecting the location for CO2 sequestration in Yanchang Oilfield， the evaluation index system was established from three aspects： engineering geological conditions， sequestration potential conditions， and social and economic conditions， based on the principles of \"safety first， economy， technology and environment friendly\" and the successful implementation of CO2 sequestration reservoir examples at home and abroad. A multi-level grey evaluation model is established by using analytic hierarchy process and grey correlation method.[Findings] The results show that the model can accurately evaluate the suitability of CO2 storage in each block of Yanchang Oilfield.[Conclusions] Research findings provide an effective method for selecting the optimal site for CO2 storage in low permeability reservoir of Yanchang oilfield.

Keywords： CCUS; low permeability reservoir; analytic hierarchy process; grey correlation method; suitability evaluatio

0 引言

相關(guān)研究表明，我國(guó)未來(lái)有有較多的碳排放量要依靠碳捕集、利用與封存（Carbon Capture， Utilization and Storage，簡(jiǎn)稱CCUS）來(lái)實(shí)現(xiàn)中和。到2050年，CCUS將貢獻(xiàn)約14%的CO2減排量［1-2］，可有效推動(dòng)化石能源的清潔凈化、清潔能源的規(guī)模化和生產(chǎn)過(guò)程低碳化。

陜西省能源資源豐富，產(chǎn)業(yè)發(fā)展集聚，科研優(yōu)勢(shì)顯著，是全國(guó)首批低碳試點(diǎn)省份，具有良好的CCUS技術(shù)攻關(guān)及產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展前景，加之地處鄂爾多斯盆地的陜北地區(qū)具有開展大規(guī)模CO2驅(qū)油的內(nèi)在要求和巨大潛力，不僅可提供適合CO2地質(zhì)封存的儲(chǔ)、蓋層，還可將CO2注入其中提高油氣產(chǎn)量。然而，行業(yè)內(nèi)尚未形成統(tǒng)一的CO2地質(zhì)封存適宜度綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，某些選定的目標(biāo)油藏往往不具備注CO2開發(fā)的條件，實(shí)施結(jié)果并不理想。因此，對(duì)注CO2候選油藏進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)的關(guān)鍵是要獲得最佳、最重要的參數(shù)，并建立使這些參數(shù)相互聯(lián)系的理論模型。從油藏工程、地質(zhì)基礎(chǔ)出發(fā)，結(jié)合環(huán)境要求和考慮經(jīng)濟(jì)成本，通過(guò)分析大量的國(guó)內(nèi)外已開展CO2封存的油藏，找出CO2封存的影響指標(biāo)，篩選、建立指標(biāo)體系，用理論分析和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)例分析相結(jié)合的方法為延長(zhǎng)油田CO2封存選址做好基礎(chǔ)研究，以加快延長(zhǎng)油田CCUS產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)程。

延長(zhǎng)油田所管轄的油區(qū)構(gòu)造單元屬于鄂爾多斯盆地陜北斜坡中部（圖1），面積約5.6×104 km2，北至靖邊、子洲，南至宜君一線，西到定邊，東到延川、宜川，行政區(qū)屬陜西省陜北地區(qū)。地表為典型的黃土塬地貌，油藏整體埋藏較淺，屬于（特）低滲油藏。

1 CO2封存適宜度評(píng)價(jià)方法研究

在CO2地質(zhì)封存選址中應(yīng)選擇合適的權(quán)重確定方法及評(píng)價(jià)決策方法，指標(biāo)權(quán)重的確定尤為重要，權(quán)重是否合理直接影響評(píng)價(jià)結(jié)果是否合理、客觀。目前，國(guó)內(nèi)外CO2封存適宜度評(píng)價(jià)中最常采用層次分析法（AHP）、專家調(diào)查法（Delphi）和專家經(jīng)驗(yàn)判斷法（Experts）［3-4］、網(wǎng)絡(luò)分析法（ANP）等主觀賦權(quán)方法確定指標(biāo)權(quán)重。主觀賦權(quán)方法能較好地體現(xiàn)決策者的主觀偏好，簡(jiǎn)便易行，但由于決策者主觀判斷標(biāo)準(zhǔn)存在差異，所以構(gòu)造的權(quán)重缺乏穩(wěn)定性，客觀性較差。層次分析法（AHP）是將與決策相關(guān)的元素分解為目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等若干層次，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行定性和定量分析的一種決策方法。這種方法的特點(diǎn)是在面對(duì)復(fù)雜的決策問(wèn)題時(shí)，在對(duì)問(wèn)題的本質(zhì)、影響因素及其內(nèi)在關(guān)系等進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上［3-4］，利用較少的定量信息使決策的思維過(guò)程數(shù)學(xué)化，從而為多目標(biāo)、多準(zhǔn)則或無(wú)結(jié)構(gòu)特性的復(fù)雜決策問(wèn)題提供簡(jiǎn)便的解決方法?；疑P(guān)聯(lián)分析法（GRAP）是一種多因素統(tǒng)計(jì)分析方法，以各因素的樣本數(shù)據(jù)為依據(jù)，用灰色關(guān)聯(lián)度這一參數(shù)來(lái)描述因素之間關(guān)系情況，若樣本數(shù)據(jù)反映的兩因素變化態(tài)勢(shì)基本一致，則它們之間的關(guān)聯(lián)度較大；反之，關(guān)聯(lián)度較小。此方法可以在很大程度上減少由于信息不對(duì)稱帶來(lái)的損失，并且對(duì)數(shù)據(jù)要求較低。本研究在層次分析法和灰色關(guān)聯(lián)分析法的基礎(chǔ)上，構(gòu)建多層次灰色評(píng)價(jià)模型，旨在為CO2封存適宜度選址提供一種新思路。

2 延長(zhǎng)油田CO2地質(zhì)封存適宜度評(píng)價(jià)指標(biāo)

通過(guò)研究分析，結(jié)合延長(zhǎng)油田的實(shí)際情況，本研究評(píng)價(jià)指標(biāo)分別為工程地質(zhì)條件、封存潛力條件及社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件等3項(xiàng)一級(jí)指標(biāo)，進(jìn)一步細(xì)化為51項(xiàng)二級(jí)指標(biāo)。其中工程地質(zhì)條件指標(biāo)包括地?zé)崃髦怠⒌販靥荻?、地表溫度、活?dòng)斷裂的發(fā)育情況、斷裂和裂縫的發(fā)育情況、地震動(dòng)峰值加速度［5-6］、歷史地震、地貌類型、地勢(shì)、地形坡度、蓋層巖性、蓋層斷裂發(fā)育、儲(chǔ)層巖性、儲(chǔ)層沉積相、儲(chǔ)層壓力系數(shù)、水動(dòng)力作用、與采煤塌陷區(qū)距離、與節(jié)理裂隙區(qū)距離、地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)性、不良地質(zhì)作用（是否存在采礦塌陷區(qū)、巖溶塌陷區(qū)、地面沉降區(qū)、沙漠活動(dòng)區(qū)、火山活動(dòng)區(qū)）等20項(xiàng)二級(jí)指標(biāo)；封存潛力條件指標(biāo)包括埋深（主力蓋層）、厚度（主力蓋層的單層厚度）、蓋層滲透率、蓋層力學(xué)穩(wěn)定性、蓋層分布連續(xù)性［7］、蓋層封氣指數(shù)、主力蓋層之上的二次截留能力、儲(chǔ)層厚度（主力儲(chǔ)層）、儲(chǔ)層砂厚比［8］、儲(chǔ)層孔隙度、儲(chǔ)層滲透率、儲(chǔ)層滲透率變異系數(shù)、儲(chǔ)層層間非均質(zhì)性（砂體連續(xù)性）、儲(chǔ)層數(shù)量［9］、儲(chǔ)層單井注入量（主力儲(chǔ)層）、注入壓力、儲(chǔ)蓋組合數(shù)量、地層水礦化度、封存潛力（×104 t）、使用年限等20項(xiàng)二級(jí)指標(biāo)；社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件指標(biāo)包括人口密度、與居民點(diǎn)的距離、公眾認(rèn)可程度與法規(guī)、土地利用現(xiàn)狀、是否符合城市發(fā)展規(guī)劃、是否在保護(hù)區(qū)、重點(diǎn)保護(hù)植物、碳源規(guī)模［10-11］、碳源距離、運(yùn)輸方式、蘊(yùn)礦狀況等11項(xiàng)二級(jí)指標(biāo)，具體見表1。

3 模型建立及實(shí)例分析

3.1 多層次灰色模型

多層次灰色模型（Multi-level grey model）是層次分析法與灰色關(guān)聯(lián)分析法相結(jié)合的一種組合評(píng)價(jià)模型。針對(duì)多因素、多層次的評(píng)價(jià)對(duì)象，首先，通過(guò)層次分析法確定評(píng)價(jià)對(duì)象各因素之間的相對(duì)權(quán)重；然后，利用灰色關(guān)聯(lián)分析法對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象的各因素進(jìn)行灰色量化處理，求出相關(guān)的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)；最后，依據(jù)各因素的權(quán)重求取加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度，評(píng)價(jià)對(duì)象的優(yōu)劣根據(jù)關(guān)聯(lián)度大小進(jìn)行分析，具體步驟如下。

第一步：基于層次分析法的指標(biāo)權(quán)重確定構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，分層設(shè)問(wèn)，建立與之相適應(yīng)的目標(biāo)層、準(zhǔn)則層。在所建立的分析方法中引入1～9比率標(biāo)度法，構(gòu)成判斷矩陣，其含義見表2。

某一層因素相對(duì)上一層某一個(gè)因素的權(quán)重系數(shù)，可以通過(guò)計(jì)算判斷矩陣的最大特征根和對(duì)應(yīng)的特征向量來(lái)求得，引入負(fù)平均值CI作為一致性指標(biāo)，用于判斷矩陣最大特征根以外的其余特征根，見式（1）。

[CI=λmax?nn?1] （1）

表2 層次分析標(biāo)度

[標(biāo)度 含" 義 1 表示兩個(gè)因素具有同樣重要的意義 3 表示兩個(gè)方面的因素，一個(gè)比另一個(gè)稍微重要一些 5 表示兩個(gè)方面的因素，一個(gè)比另一個(gè)明顯重要 7 表示兩個(gè)方面的因素，一個(gè)比另一個(gè)強(qiáng)烈重要 9 表示兩個(gè)方面的因素，一個(gè)比另一個(gè)極端重要 2、4、6、8 上述兩相鄰判斷的中值 倒數(shù) 因素i與j比較得到的判斷Bij，則因素j與i比較得到的判斷

Bji= 1/Bij ]

為了評(píng)估不同階段矩陣是否具有滿意的一致性，引入平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI，CI和RI的比值稱為隨機(jī)一致性比率CR，當(dāng)CR滿足式（2）時(shí)，即認(rèn)為矩陣具有滿意的一致性，反之需要調(diào)整判斷矩陣。

[CR=CIRI＜0.10] （2）

根據(jù)一致性檢驗(yàn)后的層次單排序，形成層次總排序，確定評(píng)價(jià)指標(biāo)元素的最終權(quán)重。

第二步：基于GRAP求灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)。

①根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，確定最優(yōu)指標(biāo)集，構(gòu)造矩陣D，見式（3）。

[D=x'01…x'nk???x'ik…x'ik] （3）

式中：k為評(píng)價(jià)指標(biāo)，i為評(píng)價(jià)對(duì)象。

②確定參考序列。參考數(shù)據(jù)列應(yīng)該是一個(gè)比較理想的標(biāo)準(zhǔn)，可以把各指標(biāo)的最優(yōu)值（或最劣值）當(dāng)成參考數(shù)據(jù)列，也可根據(jù)評(píng)價(jià)目的確定其他參照值，記作式（4）。

[x'0=x'01， x'02，…， x'0m] （4）

③無(wú)量綱化。因?yàn)橐陨厦糠N序列數(shù)據(jù)都有不同的單位，因此可能會(huì)出現(xiàn)數(shù)字大小不一的情況，但是這并不是由于其內(nèi)在的性質(zhì)決定的，而只是由于量綱不同導(dǎo)致的，因此需要對(duì)其進(jìn)行無(wú)量綱化，見式（5）。

[Xik'=ximean（xi）k=1，2，…，m;i=1，2，…，N] （5）

④確定指標(biāo)列和參考序列絕對(duì)差的最值。將各個(gè)被評(píng)價(jià)對(duì)象指標(biāo)序列（比較序列）與參考序列對(duì)應(yīng)元素的絕對(duì)差值逐個(gè)計(jì)算出來(lái)，即式（6）。

[｜x0k?xik｜ k=1，…，m;i=1，…，n] （6）

確定最大絕對(duì)差值a和最小絕對(duì)差值b，即式（7）。

[a=max｜x0k?xik｜]

[b=min｜x0k?xik｜]

⑤計(jì)算比較序列的灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)，見式（8）。

[ζk=a+ρbx0k?xik+ρbk=1，…，m] （8）

式中：ρ是控制ζ系數(shù)區(qū)分度的一個(gè)系數(shù)，取值從0到1，取值越小，區(qū)分度越大，一般取值0.5是比較合適的，ζ關(guān)聯(lián)系數(shù)∈（0， 1）。

第三步：根據(jù)層次分析法的灰色加權(quán)關(guān)聯(lián)計(jì)算，對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象按照關(guān)聯(lián)度大小進(jìn)行分析。

①計(jì)算每個(gè)比較序列的關(guān)聯(lián)度。用加權(quán)平均的方法來(lái)表示比較數(shù)列與參考數(shù)列之間關(guān)聯(lián)程度的數(shù)量，見式（9）。

[γx0，xi=k=1nAζk] （9）

②得到每個(gè)比較序列的關(guān)聯(lián)序。主要是通過(guò)關(guān)聯(lián)度的大小次序描述來(lái)衡量各因素之間的關(guān)聯(lián)程度，將m個(gè)子序列對(duì)同一母序列的關(guān)聯(lián)度按大小順序排列起來(lái)，即為關(guān)聯(lián)序，其可反映各比較序列的“優(yōu)劣”關(guān)系。

3.2 實(shí)例分析

針對(duì)延長(zhǎng)油田的地質(zhì)條件及油藏條件，通過(guò)計(jì)算得到了51項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值，具體見表3。

通過(guò)多層次灰色模型分別對(duì)吳起白豹、志丹永寧及富縣直羅區(qū)塊進(jìn)行關(guān)聯(lián)度計(jì)算，得到吳起白豹關(guān)聯(lián)度0.825 0，排序第一，可優(yōu)先作為CO2封存選址地，志丹永寧區(qū)塊關(guān)聯(lián)度0.792 4，排序第二，富縣直羅區(qū)塊關(guān)聯(lián)度0.774 1，排序第三。評(píng)價(jià)結(jié)果匯總見表4。

4 結(jié)語(yǔ)

特低滲層、超低滲層和低滲層是延長(zhǎng)油區(qū)三疊系延長(zhǎng)組的主要儲(chǔ)層類型。延長(zhǎng)組地層具有地質(zhì)封存CO2能力的三套有效儲(chǔ)蓋組合，儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，CO2流體會(huì)沿著砂體厚度大、物性好、連通性強(qiáng)的區(qū)域運(yùn)移與聚集。本研究從工程地質(zhì)條件、封存潛力條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件等3方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，建立51項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，利用層次分析法和灰色關(guān)聯(lián)法構(gòu)建多層次灰色評(píng)價(jià)模型，能夠根據(jù)各個(gè)區(qū)塊的指標(biāo)參數(shù)進(jìn)行CO2封存優(yōu)先級(jí)選址，為延長(zhǎng)油田低滲油藏CO2封存優(yōu)選場(chǎng)地提供了一種行之有效的方法。

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