多孔介質(zhì)內(nèi)CO2與鹽水多相滲流數(shù)值模擬研究.pdf

1、人類活動導(dǎo)致的CO2排放是引起全球氣候變暖的重要原因之一，并已經(jīng)影響到人類的生存和社會的可持續(xù)發(fā)展。CO2地下咸水層封存是減少大氣中CO2排放量的有效方法之一，具有廣泛的應(yīng)用前景。CO2在地下咸水層的封存受多種因素（如孔隙結(jié)構(gòu)、流體屬性和地層物性參數(shù)等）的影響，是一個復(fù)雜的水文地質(zhì)過程。巖心尺度下CO2-鹽水在多孔介質(zhì)內(nèi)的多相滲流規(guī)律研究能為CO2局部封存機(jī)制提供本質(zhì)的理解，從而為CO2地下咸水層的封存容量及安全性評估提供理論基礎(chǔ)，具有

2、重要的研究價值。
　　本文基于CO2-鹽水在砂巖巖心內(nèi)驅(qū)替過程的實(shí)驗(yàn)觀測，結(jié)合多相滲流的數(shù)值模擬，定量分析了CO2在非均質(zhì)多孔介質(zhì)內(nèi)的運(yùn)移與俘獲。首先，基于巖心的孔隙度、滲透率實(shí)測數(shù)據(jù)，采用分形模型實(shí)現(xiàn)了巖心滲透率的非均質(zhì)性的定量描述，并結(jié)合J函數(shù)和實(shí)測的毛細(xì)管力曲線實(shí)現(xiàn)了毛細(xì)管力非均質(zhì)性的定量描述;在此基礎(chǔ)上，提出了描述CO2-鹽水在非均質(zhì)砂巖巖心內(nèi)運(yùn)移的兩相滲流模型，并對CO2的局部封存行為進(jìn)行了數(shù)值分析，結(jié)果表明:1）毛細(xì)管

3、力非均質(zhì)性能夠?qū)е翪O2局部累積及CO2飽和度的空間不均勻分布;2）滲透率非均質(zhì)性不能顯著影響CO2的局部累積，只能通過改變CO2的局部流動路徑，輕微降低CO2的局部驅(qū)替效果;3）CT圖像顯示巖心局部位置上出現(xiàn)的明顯的非均質(zhì)結(jié)構(gòu)，改變了局部的巖石物理屬性，在這些位置出現(xiàn)CO2飽和度的顯著變化，特別是在低滲層和高滲層接觸帶上CO2飽和度的急劇升高，則是由相對滲透率的變化所引起。
　　此外，本文數(shù)值模擬了不同地層條件下（即不同溫度、壓

4、力和孔隙水鹽度）CO2局部毛細(xì)管力的封存效果，計(jì)算結(jié)果表明:1）CO2-鹽水間的化學(xué)反應(yīng)是一個重要的影響因素，因CO2和水的平衡相分離導(dǎo)致的固體鹽沉淀能堵塞毛細(xì)管力阻礙區(qū)域底部的孔隙，進(jìn)而導(dǎo)致該區(qū)域滲透率的降低及毛細(xì)管力的增加，從而加強(qiáng)了CO2局部毛細(xì)管力封存的有效性;2）隨著鹽度的增加CO2封存量明顯增大，鹽度增加到0.1（即10000ppm）時，CO2封存量是淡水情況下的1.84倍，當(dāng)鹽度高于0.1時，鹽度的增加不會導(dǎo)致CO2封存量