多孔介質(zhì)內(nèi)CO2-水兩相流動的CFD數(shù)值模擬研究.pdf

1、全球變暖引起的異常氣候現(xiàn)象和極端自然災害已威脅到人類的生存與社會的可持續(xù)發(fā)展，而人類活動導致的大氣溫室氣體的增加是造成氣候變暖的重要原因。在眾多溫室氣體中，CO2所占的比重最大，約為76.7％，減少CO2排放已成為溫室氣體減排的首要目標。CO2的深部咸水層封存被認為是有效減少大氣CO2排放量的重要途徑之一，受到世界各國研究機構的廣泛重視。
　　對CO2-鹽水在多孔介質(zhì)內(nèi)運移規(guī)律的深入理解，可為評估CO2咸水層封存的效果和安全性提供

2、理論依據(jù)，因此具有重要的理論研究價值。其中，孔隙尺度的建模有利于深入理解多相運移過程和準確描述宏觀運移現(xiàn)象，也能為連續(xù)尺度建模提供本構關系和物性參數(shù)，已成為CO2咸水層封存研究的重要組成部分。
　　本文基于CT成像技術獲取巖心的微觀結構信息，開發(fā)了程序對多孔介質(zhì)內(nèi)流體的有效流動通道進行提取與重建;在此基礎上，結合計算流體力學(CFD)建模法，提出了可靠計算巖心局部滲透率和相對滲透率的方法。此外，采用相場模型實現(xiàn)了CO2-水兩相界面

3、的有效捕捉，數(shù)值分析了毛細管數(shù)和粘度比、密度比、潤濕性、注入方向、重力和非均質(zhì)性對多孔介質(zhì)內(nèi)CO2-水不穩(wěn)定驅替的影響。數(shù)值模擬結果表明:1）毛細管數(shù)和粘度比對CO2-水的驅替過程影響顯著，在大毛細管數(shù)(≥0.002)和大粘度比(≥1)的情況下，驅替過程沒有發(fā)生明顯的指進現(xiàn)象，可視為穩(wěn)定驅替過程;在較小粘度比的情況下(≤0.02)，粘性力主導了驅替過程，產(chǎn)生了粘性指進現(xiàn)象;在較小的毛細管數(shù)情況下（≤0.00002），驅替過程的主導力變?yōu)?/p>

4、毛細管力，此時毛細管指進現(xiàn)象發(fā)生;2）研究過程中所采用的模型尺寸較小時，密度比對驅替過程的影響可以忽略，3）骨架顆粒的壁面潤濕性也能影響驅替過程的穩(wěn)定性，壁面為親水狀態(tài)時，驅替過程產(chǎn)生指進，為不穩(wěn)定驅替;壁面為親CO2狀態(tài)時，驅替過程中沒有明顯的指進現(xiàn)象，可視為穩(wěn)定驅替;4）注入方向也能影響驅替過程的穩(wěn)定性。當CO2水平注入時，驅替過程中存在明顯的不連續(xù)流動現(xiàn)象，當CO2垂直注入時，驅替過程中不連續(xù)現(xiàn)象減弱，但與水平注入時相差不大;5）