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超临界CO2在含有低渗透率盖层的多孔地层中的泄漏流动模拟

2020-12-10阅读(825)

超临界CO2在含有低渗透率盖层的多孔地层中的泄漏流动模拟

论文摘要

空气中二氧化碳（CO2）含量的增加带来了一系列环境问题,如海平面上升,气候恶化,水循环失衡等。为解决温室效应,将CO2加压至超临界状态注入地层实现圈存封闭。在此过程中,复杂的地层结构和岩石种类可以阻碍CO2的迁移运动,CO2缓慢溶解于盐水,或者被封存在细小的孔隙中,或者与特殊的岩石发生化学反应实现长期稳定封存。但在长时间尺度下,大量的CO2聚集在地层中,仍存在着CO2沿裂缝或者石油井壁甚至穿越盖层泄漏的风险。本课题针对CO2地质封存中泄漏流动过程的精细化研究,根据流体流动的几何特征,还原存在低渗透率盖层的多孔地层中的泄露流动特点。（1）对地层多孔介质构建含有低渗透率层物理模型,基于前人岩石取样数据及地质观测结果,结合CO2的一般储存位置,对所研究地层的结构进行简化处理,通过确定渗透率差异建立起贴近实际的物理模型,基于Fortran对多孔介质内的复杂混合流动进行了高精度数值模拟计算研究,采用伪谱方法求解流函数-涡度方程。（2）基于不同的物理模型,对超临界CO2地质储存中的泄漏进行分析和评估,确定了CO2在不同地层和是否考虑注入过程的情况下中可能存在的泄漏流动模式,流动特点和泄漏量和泄漏速度,分析随时间变化泄漏的动态发展过程及所表现出的的典型流动形态。（3）模拟总结地层的参数变化和CO2本身的特征变化对数值模拟结果的影响,包括不同浮力系数B、盖层无量纲厚度h、盖层与储存层无量纲渗透率之比Π对CO2在多孔介质地层中泄漏流动速率、泄漏量、泄漏羽流形态变化等的影响。通过高精度数值模拟方法对多孔介质中CO2的迁移流动模拟,以此揭示真实地层内CO2地质封存中泄漏过程的流动特征及机理,为建立泄漏速度、泄漏量等的量化模型提供基础,对超临界CO2的储存安全性及时效性进行评估,为CO2地质封存的实际应用提供参考价值。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第1章 绪论
  •   1.1 课题背景及研究的目的和意义
  •   1.2 泄漏的研究现状及分析
  •     1.2.1 泄漏介绍
  • 2地质封存数值模拟研究'>    1.2.2 CO2地质封存数值模拟研究
  •     1.2.3 国内外文献综述的简析
  •   1.3 本文的主要研究内容
  • 第2章 数学模型和求解方法
  •   2.1 流动控制方程
  •   2.2 数值计算方法简介
  •   2.3 物理模型简介
  •     2.3.1 单层盖层物理模型
  •     2.3.2 双层盖层物理模型
  •   2.4 本章小结
  • 2泄漏流动特性研究'>第3章 超临界CO2泄漏流动特性研究
  •   3.1 引言
  • 2注入地层过程的单层盖层下的泄漏'>  3.2 考虑CO2注入地层过程的单层盖层下的泄漏
  •     3.2.1 初始浓度场
  •     3.2.2 泄漏动态发展过程
  •     3.2.3 模态验证
  • 2聚集边界发展'>    3.2.4 盖层下方CO2聚集边界发展
  • 2聚集在单层盖层下方造成的泄漏'>  3.3 CO2聚集在单层盖层下方造成的泄漏
  •     3.3.1 初始浓度场
  •     3.3.2 泄漏动态发展过程
  •     3.3.3 泄漏流动模式
  • 2泄漏量统计分析'>    3.3.4 穿越盖层CO2泄漏量统计分析
  •     3.3.5 泄漏液滴的速度随上升路程变化
  • 2注入过程的两层盖层下的泄漏'>  3.4 考虑CO2注入过程的两层盖层下的泄漏
  •     3.4.1 初始浓度场
  •     3.4.2 泄漏动态发展过程
  • 2聚集在双层盖层下方的泄漏'>  3.5 CO2聚集在双层盖层下方的泄漏
  •     3.5.1 初始浓度场
  •     3.5.2 泄漏动态发展过程
  •     3.5.3 泄漏特征时间
  •   3.6 本章小结
  • 2泄漏影响因素分析'>第4章 超临界CO2泄漏影响因素分析
  •   4.1 引言
  •   4.2 盖层厚度对泄漏的影响
  •     4.2.1 泄漏流动模式
  •     4.2.2 泄漏开始时间及速率
  •     4.2.3 盖层上方泄漏量
  •   4.3 浮力系数对泄漏的影响
  •     4.3.1 泄漏流动模式
  •     4.3.2 泄漏发生特征时间
  •     4.3.3 泄漏液滴形态大小
  •     4.3.4 泄漏液滴上升速度
  •   4.4 盖层厚度对考虑注入过程的泄漏影响
  •     4.4.1 泄漏流动模式
  • 2盖层下方聚集'>    4.4.2 CO2盖层下方聚集
  •     4.4.3 泄漏发生特征时间
  •   4.5 渗透率比值对泄漏的影响
  •     4.5.1 泄漏流动模式
  •     4.5.2 泄漏发生时间
  •   4.6 本章小结
  • 结论
  • 参考文献
  • 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
  • 致谢

    • 文章来源

    类型: 硕士论文

    作者: 唐晓静

    导师: 蔡伟华

    关键词: 地质封存,泄漏流动,高精度数值模拟,低渗透率盖层,泄漏特点

    来源: 哈尔滨工业大学

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

    专业: 地质学,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用

    单位: 哈尔滨工业大学

    分类号: X701;X141

    DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.001329

    总页数: 75

    文件大小: 4092K

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