CO_2地质封存储盖条件演化数值模拟_.pdf
摘要
CO地质封存储盖条件演化数值模拟
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摘要
人为排放的大量CO造成了全球气温升高，继而引发冰川融化、海平面上升、极端
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气候等一系列问题。在不放弃使用化石燃料而减小CO排放的前提下，将CO进行地质
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封存是一种有效的方式。CO注入后对储盖条件的作用是影响CO长期安全封存的关键
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因素之一。本文以CO地质封存过程中的滞后效应、CO-水-岩反应和CO-水渗流机理
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为切入点，基于储层中CO2的运移过程和赋存状态，探讨CO2侵入盖层的机理，定量评
价不同储盖组合下和非均质条件下的盖层封闭能力演化过程，以期为不同储盖组合建立
优选标准提供理论依据。
首先，基于现有CO2地质封存相关文献和地质资料、实验数据以及测试结果，系统
CO-CO
分析了水系统的基本性质、地质封存类型，特别是深部咸水层封存机理。详细
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论述了CO地质封存中涉及到的多相多组分渗流理论，简要介绍了文中使用的TOUGH
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系列数值模拟软件及ECO2N模块，分析了其数值模型和工作原理，从而为研究CO地
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质封存中的滞后效应、CO-水-岩反应和CO-水渗流过程以及盖层封闭性奠定基础。
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其次，针对CO地质封存注入过程和运移过程中的滞后效应，基于扩展的毛细压力
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和相对渗透率模型，分别设计了1D、3D和2D模型，系统分析了滞后效应对CO运移
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过程和封存形式的影响。在1D模型中，考虑滞后效应的毛细压力和相对渗透率不仅与
当前的咸水饱和度有关，还与之前的流体运移过程和历史咸水饱和度有关，只有在CO2
完全驱替咸水的区域，毛细压力和相对渗透率才能各自达到相应的最大值，因而在CO2
注入过程中，需要优化注入方案，使得CO运移区域尽可能达到较大的气体饱和度。在
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3D模型中，地层压力和气体饱和度变化趋势表明滞后效应有利于地层压力的传播，降
低了因压力集中而导致的泄漏风险。在2D模型中，通过不同时间尺度上的数值模拟发
现，在CO注入1000年后，在相同的残余气饱和度下，与不考虑滞后效应的方案相比，
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考虑滞后效应的CO运移范围明显较小，而且最大残余气饱和度越大，CO在滞后效应
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作用下的垂向运移距离更小。在相同的残余气饱和度前提下，注入1年后，不考虑滞后
效应的气态CO2占比在80%以上，而考虑滞后效应的气态CO2占比约为65%。因此，
对CO2封存形态而言，滞后效应能够有效促进CO2溶解，有利于提高CO2封存的安全
性。
CCSCO--CO-
然后，以鄂尔多斯盆地神华