二氧化碳鹽水層封存的數(shù)值模擬研究.pdf

1、CO2排放量的大量增加加劇了溫室效應(yīng)，導(dǎo)致全球變暖、冰川融化、海平面上升等一系列環(huán)境問題，碳捕獲與封存是目前最具前景的實現(xiàn)大規(guī)模減排CO2的措施之一。鹽水層分布廣泛、容量巨大等優(yōu)勢使得鹽水層成為最受關(guān)注的CO2封存地點。
　　在一般選定的注入地層中CO2注入后以超臨界狀態(tài)存在，超臨界狀態(tài)的CO2密度大、粘度低、流動性好等特點有利于CO2在鹽水層中的封存。注入到鹽水層的CO2首先會進(jìn)入巖石的孔隙之中，隨著時間的推進(jìn)，CO2會在浮力的

2、作用下往上運動，直至遇到蓋層。隨后CO2將與鹽水、巖石發(fā)生一系列物理化學(xué)反應(yīng)，通過包括構(gòu)造封存、殘余氣封存、溶解封存、礦化封存在內(nèi)的多種機(jī)理實現(xiàn)封存CO2的目的。
　　本文以CO2鹽水層封存為研究對象，基于多相流體力學(xué)、滲流力學(xué)、計算流體力學(xué)等多學(xué)科的基礎(chǔ)理論知識，采用數(shù)值模擬的方法，在建立數(shù)學(xué)模型后研究了注水對CO2分布及溶解的影響和CO2在深部鹽水層發(fā)生泄漏遷移至淺水層時CO2的分布及泄漏的修復(fù)措施。
　　對于注水對CO

3、2分布和溶解的影響的研究，本文通過考察在不同注水模式、注水速率、注水位置、鹽度和孔隙度等參數(shù)下CO2的溶解行為，系統(tǒng)地分析了注水對CO2溶解的影響，探討了通過注水促進(jìn)溶解封存、提高CO2封存安全性的措施。研究結(jié)果表明，注入CO2后，超臨界態(tài)CO2成倒錐形聚集分布于注入井附近的鹽水層頂部，分布半徑隨時間緩慢增大。注水雖不會引起CO2分布的明顯變化，但可顯著促進(jìn)CO2的溶解。增大注水速率、靠近鹽水層頂部注水以及在注CO2過程中同時注水均可提

4、高CO2的溶解率。另外，CO2的溶解行為還可能會在不同水文地質(zhì)參數(shù)條件下發(fā)生一定變化。CO2的溶解量隨鹽水鹽度的降低而提高，但幾乎不隨巖石孔隙度變化。這些研究結(jié)果揭示了鹽水層中CO2的溶解行為，可為發(fā)展安全可靠的CO2封存技術(shù)提供參考依據(jù)。
　　對于CO2在深部鹽水層發(fā)生泄漏遷移至淺水層時CO2的分布及泄漏修復(fù)措施的研究，本文通過考察不同泄漏場景下CO2的分布、壓力分布以及采出井的采出速率、注水井的溶解效率以及參數(shù)的影響，系統(tǒng)地分

5、析了泄漏的修復(fù)措施。模擬結(jié)果表明，CO2泄漏后，泄漏羽流分布于泄漏井附近的區(qū)域內(nèi)，氣相飽和度Sg沿徑向和軸向往外逐漸降低，呈梯形分布;壓力變化的等值線在CO2的泄漏羽流區(qū)域的分布是傾斜的，而在離泄漏羽流較遠(yuǎn)區(qū)域的壓力變化的等值線是豎著分布的。注水可促進(jìn)CO2的溶解，降低水相中CO2的濃度，越大的注水速率CO2溶解得越快。利用采出井可以采出流體可以達(dá)到減少或移除CO2的目的。用直井采出流體時，直井越深、直井豎直距離泄漏點越近、直井水平距離