注儲層非均質性對CO2鹹水層封存容量的影響

《注儲層非均質性對CO2鹹水層封存容量的影響》是依託武漢大學，由劉小燕擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：注儲層非均質性對CO2鹹水層封存容量的影響
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉小燕
• 依託單位：武漢大學

項目摘要

人類活動排放CO2在大氣中長期積累造成全球氣候變暖，CO2集中捕獲後注入深部鹹水層成為新興減排途徑。本課題嘗試對CO2鹹水層封存的流體運移模式、耦合機理及封存岩層的滲透率長期演化進行研究：擬驗證CO2注儲層砂體導水性非均質分布的有效描述和外推預測方法，解決滲透率分布模式重建問題；發展力學-滲流耦合、化學-滲流耦合的裂隙孔隙等效介質建模方法，分析封存泥質帽岩、儲層砂體中裂隙開閉、剪脹和擴展效應及化學溶解、沉澱和反應引起的滲透率長期演化規律；構建CO2鹹水層封存多場耦合模型，發展本研究組已開發的多場多相流耦合模擬程式，實現上述理論研究在模擬中的套用，基於Sleipner試驗觀測數據及中國擬選場地條件概念模型，以多種封存岩層組合結構為例，進行滲透率空間演化下的封存容量估算，提高多場耦合程式在大尺度實際試驗場條件下的模擬能力。

結題摘要

CO2地下封存需預測CO2羽在地下的運移過程，評估CO2流體注入對地層壓力的影響。然而沉積地層表現出很強的非均質特徵，地層的初始非均質性及後期滲透率的空間變化，對CO2羽的演化產生影響，從而影響了CO2注儲層的儲集容量。本項目通過室內試驗、理論分析和數值模擬等手段，對CO2鹹水層封存的流體運移模式、耦合機理及封存岩層的滲透率長期演化機理等相關問題展開研究，取得了一定的研究進展，具體研究內容如下： （1）發展CO2鹹水層封存初始建模方法 採用地質統計方法與克里金技術進行地質成圖，劃分沉積相帶，採用隨機模擬技術建立儲層參數模型，定量表征儲層不確定性，滿足對注儲層隨機性和結構性的綜合描述，解決注儲層初始條件下非均質性導致的滲透率分布模式重建問題。 （2）建立泥質帽岩、注儲層砂體滲透率長期演化模型 通過室內岩石力學-滲流和化學-滲流實驗，研究不同應力應變條件下裂隙的張開閉合擴展行為，研究溶液化學作用下砂體粒間孔隙幾何特徵（包括空隙形態、擴展、連通狀態等）的變化規律，通過孔隙裂隙幾何特徵與滲透率間的聯繫，獲得因裂隙開閉、剪脹和擴展效應及化學溶解、沉澱對滲透率的影響模型。 （3）建立CO2鹹水層封存多場多相流耦合控制方程組 構建考慮局部非熱均衡效應的非等溫兩相滲流THM、THC耦合框架，發展有限元模擬程式，得到了考慮毛細管力和相對滲透率的兩相非混溶滲流CO2飽和度分布時間演化規律。 （4）建立CO2驅替地下水的粘性指進模型 對超臨界CO2在含水層中運移的兩相流界面非穩定粘性指進現象進行了滲流力學機制分析，在二相流THM耦合模型中引入流度比判斷條件下滲透率機率擾動項，將其引入非等溫兩相滲流的有限元模擬中，得到了CO2在運移過程中的細部發育特徵，特別的是 CO2中間飽和度區域將出現粘性指進引起的兩相密集交錯帶。對介質孔隙結構（滲透率分層和毛管力作用）導致的溝槽流指進形態進行模擬，對比了三種指進現象的差異，分析了三者共同作用下CO2在注儲層中驅替運移特徵。