二氧化碳深部盐水层地质封存物理模拟探索性研究

摘要

在全球持续变暖，气候不断恶化的背景下，二氧化碳减排已成为极为紧迫的任务。二氧化碳地质封存是重要且最有效的手段之一。然而，国内目前对于二氧化碳地质封存的研究除利用强化驱油所进行的二氧化碳在油藏中的地质封存已展开现场大型试验外，在其余地质封存形式方面还处于起步阶段。特别是二氧化碳深部盐水层地质封存。根据联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)关于二氧化碳捕获与封存(CCS)的特别报告，这种二氧化碳深部盐水层封存是所有二氧化碳封存方法中潜在封存量最大的一种。国际上，尤其是欧美等发达国家已经对二氧化碳深部盐水层地质封存技术展开了积极的研究，并且有些国家已经开始了现场大型实验。现场大型试验的周期长、成本高、技术难度大。而物理模拟实验能以较短的时间和相对低廉的成本完成相关实验，特别是大型三维模型，在相关参数模拟适当的情况下也能较好地模拟真实情况，结合数值模拟可以为现场大型实验提供依据。
　　 本论文以中美重大合作项目课题二氧化碳地下封存长期稳定性预测与控制研究为依托，针对国内外二氧化碳深部盐水层地质封存物理模拟很少的情况，以相似理论为基础对该方法以及其中需要注意的问题进行探讨和研究。建立起一个物理模拟深部地质封存二氧化碳的平面模型实验装置，并通过该平台模拟以膏岩作为盖岩层的二氧化碳深部盐水层封存过程，分析二氧化碳在被注入含水砂岩层的过程中，对盖岩层的影响规律。同时对二氧化碳深部地质封存物理模型实验装置的效果及相关问题给出评价和建议。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 本论文依托的课题背景

1.3 CO2捕获与封存(CCS)研究与发展现状

1.3.1 CCS国外研究与发展现状

1.3.2 国内研究与发展现状

1.4 论文的研究目的、意义及内容

1.4.1 研究目的

1.4.2 研究意义

1.5 论文的研究内容及方法

2 二氧化碳地质封存的储层类型与机理

2.1 二氧化碳地质封存的选址

2.2 二氧化碳地质封存的储层类型

2.3 二氧化碳地质封存的机理[23]

2.3.1 构造地层封存机理

2.3.2 束缚气封存机理

2.3.3 溶解封存机理

2.3.4 矿化封存机理

2.3.5 水动力封存机理

2.3.6 煤层吸收机理

2.4 二氧化碳地质封存的机理与时间的关系

2.5 CO2的性质[27]

2.5.1 超临界流体的概念

2.5.2 超临界二氧化碳的性质

2.6 小结

3 CO2深部盐水地质封存物理模拟实验技术

3.1 物理相似模拟理论

3.1.1 基本概念

3.1.2 相似理论

3.1.3 相似第一定理

3.1.4 相似第二定理（П）

3.1.5 相似第三定理（相似存在定理）

3.2 CO2深部盐水层地质封存物理模拟实验方案

3.2.1 模型的选择

3.2.2 实验装置的设计

3.2.3 实验相似比例的确定

3.2.4 地质状况模拟参数的确定

3.3 模拟二氧化碳注入时需考虑的相关因素

3.3.1 CO2的注入压强

3.3.2 CO2的粘度

3.3.3 CO2的扩散系数

3.3.4 CO2在盐水中的溶解度

3.4 小结

4 CO2深部盐水层地质封存物理模拟试验

4.1 试验目的

4.2 实验装置设计方案

4.2.1 实验装置设计关键因素分析

4.2.2 实验装置设计方案

4.2.3 实验地层模拟对象的确定

4.2.4 地层模拟材料的确定

4.2.5 相似比计算

5 实验分析

5.1 试验准备工作

5.1.1 制备试样

5.1.2 传感器埋设位置及其作用

5.2 实验数据采集及结果分析

5.2.1 实验数据采集

5.2.2 实验数据分析

5.2.3 实验结果分析与小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.1.1 实验装置填料方向

6.1.2 加压装置

6.1.3 二氧化碳流速控制装置

6.1.4 传感器导线连出密封阀

6.1.5 二氧化碳的温度

6.1.6 传感器的选择

6.2 展望

参考文献

作者简历

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