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深部咸水层封存二氧化碳迁移规律研究

舒娇娇  
【摘要】:自工业革命以来,空气中二氧化碳的含量持续增加,而二氧化碳地质封存是实现节能减排的重要手段。二氧化碳的注入和运移改变了地层初始应力场和孔压场,可能导致地表隆起变形,亦可能引起盖层产生新的裂隙,或者导致已有裂隙张开、错位,影响盖层的力学完整性。因此,探究深部咸水层中二氧化碳的迁移规律,将会对二氧化碳减排提供重要的技术支撑。本文以鄂尔多斯神华碳捕获与封存项目石千峰组为研究对象,进行二维超临界二氧化碳-咸水气液两相流模拟和三维渗流场-力场流固耦合模拟,对二氧化碳羽流在咸水层中运移的影响因素和盖层形变进行了探究。主要研究内容与成果如下:(1)考虑温度、压力变化对超临界二氧化碳运移分析的影响,对超临界二氧化碳的密度、粘度进行参数插值,得到其密度、粘度随温压变化的函数表达式。(2)考虑二氧化碳的可压缩性,进行二维超临界二氧化碳-咸水气液两相流模拟,研究不同注入速率、地层围压、储层温度、储层孔隙度、咸水盐度等影响因素对储层孔隙压力以及二氧化碳运移的影响。(3)根据二维气液两相流模拟的影响因素探究结果,比较不利影响因素,建立储层、盖层流固耦合模型,进行三维渗流场-力场耦合模拟,得到盖层位移及应力应变分布情况。研究结果表明,在鄂尔多斯储层中,二氧化碳羽流以注入井为中心径向扩散运移并伴随密度差作用下的垂直运移,储层孔隙度对二氧化碳流动有较大影响,温度与压力影响次之,咸水盐度对其影响最小;石千峰组上覆盖层在气体孔隙压力作用下向上隆起,但岩体产生位移及应变较小,并不影响鄂尔多斯项目安全。本文研究对开展二氧化碳封存项目前期选址提供了理论依据。


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