CO2地質(zhì)封存多孔介質(zhì)內(nèi)氣液兩相滲流特性研究.pdf

1、CO2咸水層封存作為儲存潛力最大的一種地質(zhì)封存方式，能夠最有效的減排CO2，緩解溫室效應(yīng)帶來的全球變暖問題。咸水層的相關(guān)骨架特性、多孔介質(zhì)內(nèi)傳熱及運移特性、CO2-巖石-水的相互耦合作用機(jī)理等是CO2咸水層封存亟需解決的關(guān)鍵科學(xué)問題，開展實驗室尺度多孔介質(zhì)內(nèi)多相滲流的研究，對CO2咸水層封存具有重要意義。本文利用核磁共振成像技術(shù)和X射線CT技術(shù)定量測量了多孔介質(zhì)的骨架結(jié)構(gòu)參數(shù);研究了多孔介質(zhì)內(nèi)部單相流、多相流的滲流規(guī)律，闡明了CO2的注

2、入方式、溫度及壓力等對地層水驅(qū)替過程的影響;確定了純水及飽和水多孔介質(zhì)內(nèi)的溫度分布特性。研究成果可為優(yōu)選CO2咸水層封存場地、CO2的注入方式以及把握CO2在咸水層中的運移與分布規(guī)律提供依據(jù)。具體研究內(nèi)容如下:
　　設(shè)計并搭建了核磁共振成像實驗研究平臺，測量并獲得了多孔介質(zhì)平均孔隙度及徑向局部孔隙度。玻璃砂填充的多孔介質(zhì)樣品，其孔隙度分布受填充方式和粒徑影響而不均勻。基于傳統(tǒng)的經(jīng)驗公式，獲得了絕對滲透率。不同的經(jīng)驗公式適用不同粒徑

3、的多孔介質(zhì)。建立了X射線CT成像實驗研究平臺，測量并獲得了局部孔隙度和滲透率，結(jié)合K-C模型獲得多孔介質(zhì)三維的滲透率圖像，結(jié)果顯示滲透率受微觀效應(yīng)的影響，存在突變部分。
　　開發(fā)了多孔介質(zhì)內(nèi)流體溫度分布的測量方法，研究了純水及多孔介質(zhì)內(nèi)飽和水的溫度分布特性。利用自旋回波序列，獲得了多孔介質(zhì)內(nèi)流體冷卻過程中的溫度分布圖，溫度分辨率達(dá)到了0.25℃。
　　研究了不同注入流量下多孔介質(zhì)內(nèi)單相流體的二維和三維速度分布圖。闡釋了孔隙度

4、的不均勻性與速度分布不均勻性的相關(guān)性:孔隙大的區(qū)域速度大，孔隙中心的速度最大，孔隙周邊存在部分逆流。
　　研究了多孔介質(zhì)內(nèi)CO2驅(qū)替水過程，闡明了多相流體在多孔介質(zhì)內(nèi)的運移特性。研究表明CO2驅(qū)替地層水過程受注入流量、壓力和溫度影響，前沿形狀、兩相飽和度和速度分布不同。隨著注入流量、壓力和溫度的增大，殘余水飽和度減小。分析了毛細(xì)管數(shù)對驅(qū)替過程及殘余水飽和度的影響。毛細(xì)管數(shù)越大，驅(qū)替界面越平緩且殘余水飽和度先增加后減小。