《鹹水層封存條件下超臨界CO2的輸運特性基礎研究》是依託大連理工大學,由劉瑜擔任醒目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：鹹水層封存條件下超臨界CO2的輸運特性基礎研究
- 依託單位：大連理工大學
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：劉瑜
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
鹹水層封存被認為是實現CO2深度減排的主要途徑之一，通常注入深部鹹水層的CO2以超臨界態在地層中流動並對孔隙鹹水進行驅替，然後被岩層孔隙捕獲實現封存。超臨界CO2在含孔隙鹹水砂岩層中的輸運特性研究是針對鹹水層地質結構特點開展CO2封存研究的基礎。本項目以此為研究背景，綜合運用室內實驗和數值模擬等多種手段，開發模擬砂岩樣品多孔介質內超臨界CO2與鹹水溶液混合體系微尺度輸運特性實驗裝置，研究不同模擬樣品的孔滲特性以及多孔介質孔隙結構特性，探索描述多孔介質孔隙結構的數學模型，分析超臨界CO2與鹹水在模擬岩層孔隙內的界面張力、潤濕性等水動力特性參數，並套用磁共振成像（MRI）技術對模擬砂岩層內多相多組分流體輸運規律進行三維微觀可視化定量測量，獲取相關基礎數據，揭示CO2鹹水層封存過程中的多相流動特性。本項目研究能夠為CO2在鹹水層中的永久安全封存提供理論支持，對於未來規模化封存的實施具有重要意義。
結題摘要
鹹水層封存被認為是實現CO2深度減排的主要途徑之一。通常注入深部鹹水層的CO2以超臨界態在地層中流動並對孔隙鹹水進行驅替，然後在毛細管力的作用下被岩層孔隙捕獲實現封存。超臨界CO2在含孔隙鹹水砂岩層中的流動和氣水兩相界面特性研究是CO2鹹水層封存研究的基礎。本項目以此為研究背景，綜合運用室內實驗和數值模擬等多種手段，開展了以下內容的研究：（1）開發了超臨界CO2與鹹水溶液混合體系在模擬封存層多孔介質內流動特性可視化實驗系統，利用MRI和CT微觀成像技術研究不同模擬樣品的多孔介質孔隙結構特性；（2）對填砂多孔介質的孔隙結構進行掃描並通過改進的基於灰度圖像的差分盒子算法計算多孔介質的分形維數，建立了滲透率與分形維數的關係；通過數字岩心再建技術獲得了數字多孔介質模型，採用最大球提取孔隙通道法獲得多孔介質的孔隙拓撲結構，並建立了用孔喉半徑、孔喉長度、配位數等參數描述的孔隙網路模型。（3）套用MRI和CT成像技術定量化分析了CO2驅替鹹水（Drainage）過程以及鹹水滲吸（Imbibition）過程兩相的飽和度變化及空間分布，套用MRI相位遷移成像對流動速度進行分析，獲得CO2的驅替特性描述；（4）基於滴形分析（ADSA）法開發了超臨界CO2與鹹水兩相在封存條件下界面張力、潤濕性參數測量實驗系統，分析超臨界CO2與鹹水在模擬岩層孔隙內的界面張力、潤濕性等水動力特性參數，獲取相關基礎數據；（5）將獲得的實驗參數輸入到孔隙網路模型中進行了CO2和鹹水兩相滲流的飽和度、相對滲透率以及毛細管力的模擬，並與實驗結果進行對比，評價CO2的封存效果。本項目通過實驗和數值模擬研究揭示CO2鹹水層封存過程中的多相流動特性，能夠為CO2在鹹水層中的永久安全封存提供理論支持，對於未來規模化封存的實施具有重要意義。 項目執行過程中取得的主要創新成果包括：（1）改進了差分計盒維數算法，克服了傳統算法的缺點。（2）開發了多孔介質中流體速度場測量的MRI可視化方法，對CO2驅替孔隙水的過程速度分布進行分析。（3）將多孔介質的迂曲度作為重要參數，完善了基於孔隙網路模型的滲流模擬方法，獲得了與實驗一致的結果。在項目研究執行過程中共發表學術論文18篇，其中SCI檢索10篇，EI檢索會議論文4篇，一般國際會議論文4篇，申請（公開）專利3項。
