多孔介質內CO2與鹽水多相滲流數(shù)值模擬研究.pdf

1、人類活動導致的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，具有廣泛的應用前景。CO2在地下咸水層的封存受多種因素（如孔隙結構、流體屬性和地層物性參數(shù)等）的影響，是一個復雜的水文地質過程。巖心尺度下CO2-鹽水在多孔介質內的多相滲流規(guī)律研究能為CO2局部封存機制提供本質的理解，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，具有

2、重要的研究價值。
　　本文基于CO2-鹽水在砂巖巖心內驅替過程的實驗觀測，結合多相滲流的數(shù)值模擬，定量分析了CO2在非均質多孔介質內的運移與俘獲。首先，基于巖心的孔隙度、滲透率實測數(shù)據(jù)，采用分形模型實現(xiàn)了巖心滲透率的非均質性的定量描述，并結合J函數(shù)和實測的毛細管力曲線實現(xiàn)了毛細管力非均質性的定量描述;在此基礎上，提出了描述CO2-鹽水在非均質砂巖巖心內運移的兩相滲流模型，并對CO2的局部封存行為進行了數(shù)值分析，結果表明:1）毛細管

3、力非均質性能夠導致CO2局部累積及CO2飽和度的空間不均勻分布;2）滲透率非均質性不能顯著影響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)的明顯的非均質結構，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局部毛細管力的封存效果，計算結果表明:1）CO2-鹽水間的化學反應是一個重要的影響因素，因CO2和水的平衡相分離導致的固體鹽沉淀能堵塞毛細管力阻礙區(qū)域底部的孔隙，進而導致該區(qū)域滲透率的降低及毛細管力的增加，從而加強了CO2局部毛細管力封存的有效性;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，當鹽度高于0.1時，鹽度的增加不會導致CO2封存量