深部咸水层封存二氧化碳迁移规律研究
发布时间：2021-05-31 19:41
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...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
图１．１近１５０年空气中二氧化碳含量的变化
?深部咸水层封存二氧化碳迁移规律研究???年之间的总温升为０．７８°Ｃ，因此解决温室效应问题迫在眉睫。在所有的温室气体中，二??氧化碳对温室效应的贡献最大，占６０％。２０１３年，大气中主要温室气体二氧化碳、甲??烷和一氧化二氮的浓度创下历史新高，二氧化碳的浓度为３９６ｐｐｍ（ｐｐｍ为百万分之一），??为工业化前平均水平的１４２％。因此，控制和减缓二氧化碳排放是减缓全球变暖的关键??环节。??目前，中国年人均二氧化碳排放为７吨，已超过世界平均水平，与欧盟水平相当。??中国作为一个国际地位不断提高的大国，在减少温室气体排放、减缓气候变化方面面临??着前所未有的压力【３］。近年来，国家开展了一系列的二氧化碳减排活动：２００８年，海洋??公益产业重点科研项目——１‘中国二氧化碳海底封存能力评估与风险控制技术预研究”??项目正式启动；２０１８年“蓝碳行动”国际会议在威海召开，不仅增强了国际社会对亚太地??区蓝碳发展的认识，也为全球蓝碳技术发展和温室气体减排项目提供了创新思路［７］。??１．１．１碳捕获与封存??碳捕获与储存（ｃａｒｂｏｎ?ｄｉｏｘｉｄｅ?Ｃａｐｔｕｒｅ?ａｎｄ?ｓｔｏｒａｇｅ，简称ＣＣＳ）是实现减排的有效??措施之一，也是当今世界许多国家正致力开发的一项技术。图１．３为ＣＣＳ封存示意图。??Ｉ?：??图１．３?ＣＣＳ封存示意图（图源ＩＰＣＣ第五次评估报告）??Ｆｉｇ．?１．３?ＣＣＳ?ｓｅａｌｉｎｇ?ｄｉａｇｒａｎｉ（Ｆｒｏｍ?ｔｈｅ?ｆｉｆｔｌｉ?ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ?ｒｅｐｏｒｔ?ｏｆ?ＩＰＣＣ）??－１０－??
?深部咸水层封存二氧化碳迁移规律研宄???（１）地质构造封存原理??图Ｌ４为地质构造封存示意图，地质构造埋存是指二氧化碳气体、液体或两相流体??遇到不透水层，不能继续移动并停留在不透水层下而形成的地质构造埋存。虽然二氧化??碳的浮力较大，但是由于不透水层的阻隔作用，使得二氧化碳无法进行横向和侧向迁移。??一些地层地质构造中含有油气或地下水，向其注入二氧化碳后，就形成了所谓的地质构??造封存。??上覆地层??盖层??Ｌ３〇Ｃ０２?目标储层??卷石??图１．４构造封存??Ｆｉｇ．?１．４?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｓｅａｌｉｎｇ??（２）残余气体封存原理??图１．５为残余气体封存示意图，二氧化碳羽流在地层运移时，部分二氧化碳因为气??体和液体的表面张力作用而长期留存在岩石多孔介质颗粒孔隙中，这一过程被称为残余??气体埋存。当大量的二氧化碳通过多孔介质时，通常以球状水滴的形式被束缚在岩石孔??隙的中间。所以，这一种埋藏方法也称为束缚气体储存。然而，仅有二氧化碳在多孔岩??石中运移是不够的，当二氧化碳穿过储层岩石后，咸水再次渗透到二氧化碳所占据的孔??隙空间时，二氧化碳才能大量储存，残余气体才能发挥真正的作用。通常残余气体封存??溶解封存相结合的情况下，二氧化碳才会被大量埋存在地下。残余气体埋藏的影响时间??从二氧化碳的注入开始将持续几十年、几百年甚至更久。??－１４－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]鄂尔多斯盆地南缘长8储层岩石力学特征及影响因素[J]. 郭培峰,邓虎成,邓勇,王琨瑜,周文. 科学技术与工程. 2019(18)
[2]VOF数值模拟在含复杂渗控结构渗流问题中的应用[J]. 张淼,钟小彦,李国栋. 陕西水利. 2018(06)
[3]盐水层中注水促进超临界CO2溶解的数值模拟[J]. 程丽平,易建新,李迪迪,姜羲. 安全与环境学报. 2017(01)
[4]CO2-岩石-地层水相互作用实验[J]. 曹冲,张京伦,朱鸿昊,廖松林,汤勇. 成都工业学院学报. 2016(04)
[5]CO2地质封存力学问题的数值模拟方法综述[J]. 李小春,袁维,白冰. 岩土力学. 2016(06)
[6]鄂尔多斯盆地深部热结构特征及其对华北克拉通破坏的启示[J]. 黄方,何丽娟,吴庆举. 地球物理学报. 2015(10)
[7]超临界CO2在地下盐水层内弥散现象的数值模拟[J]. 高诚,胥蕊娜,姜培学. 清华大学学报(自然科学版). 2015(10)
[8]鄂尔多斯盆地深部咸水层二氧化碳地质储存热-水动力-力学（THM）耦合过程数值模拟[J]. 雷宏武,李佳琦,许天福,王福刚. 吉林大学学报(地球科学版). 2015(02)
[9]地下流体注入诱发地震机理及其对CO2地下封存工程的启示[J]. 魏晓琛,李琦,邢会林,李霞颖,宋然然. 地球科学进展. 2014(11)
[10]中国二氧化碳地质储存研究进展[J]. 文冬光,郭建强,张森琦,许天福,贾小丰,李旭峰,范基姣,张徽,刁玉杰,胡秋韵. 中国地质. 2014(05)
博士论文
[1]鄂尔多斯盆地石千峰组咸水层CO2地质储存中CO2的迁移转化特征[D]. 万玉玉.吉林大学 2012
硕士论文
[1]泥质岩盖层岩石的力学特性研究与数值模拟实现[D]. 舒克通.长江大学 2018
[2]鄂尔多斯盆地CCS地质封存中CO2-咸水-地层岩反应研究[D]. 高阳.中国石油大学(北京) 2018
[3]二氧化碳盐水层封存的数值模拟研究[D]. 程丽平.中国科学技术大学 2015
[4]鄂尔多斯盆地页岩层钻井过程中井壁稳定性机理研究[D]. 陈思伟.西安石油大学 2014
[5]鄂尔多斯盆地陕北斜坡马家沟组深部盐水层二氧化碳封存潜力评估[D]. 路萍.西北大学 2013
本文编号：3208855
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：77 页
【学位级别】：硕士
【图文】：
图１．１近１５０年空气中二氧化碳含量的变化
?深部咸水层封存二氧化碳迁移规律研究???年之间的总温升为０．７８°Ｃ，因此解决温室效应问题迫在眉睫。在所有的温室气体中，二??氧化碳对温室效应的贡献最大，占６０％。２０１３年，大气中主要温室气体二氧化碳、甲??烷和一氧化二氮的浓度创下历史新高，二氧化碳的浓度为３９６ｐｐｍ（ｐｐｍ为百万分之一），??为工业化前平均水平的１４２％。因此，控制和减缓二氧化碳排放是减缓全球变暖的关键??环节。??目前，中国年人均二氧化碳排放为７吨，已超过世界平均水平，与欧盟水平相当。??中国作为一个国际地位不断提高的大国，在减少温室气体排放、减缓气候变化方面面临??着前所未有的压力【３］。近年来，国家开展了一系列的二氧化碳减排活动：２００８年，海洋??公益产业重点科研项目——１‘中国二氧化碳海底封存能力评估与风险控制技术预研究”??项目正式启动；２０１８年“蓝碳行动”国际会议在威海召开，不仅增强了国际社会对亚太地??区蓝碳发展的认识，也为全球蓝碳技术发展和温室气体减排项目提供了创新思路［７］。??１．１．１碳捕获与封存??碳捕获与储存（ｃａｒｂｏｎ?ｄｉｏｘｉｄｅ?Ｃａｐｔｕｒｅ?ａｎｄ?ｓｔｏｒａｇｅ，简称ＣＣＳ）是实现减排的有效??措施之一，也是当今世界许多国家正致力开发的一项技术。图１．３为ＣＣＳ封存示意图。??Ｉ?：??图１．３?ＣＣＳ封存示意图（图源ＩＰＣＣ第五次评估报告）??Ｆｉｇ．?１．３?ＣＣＳ?ｓｅａｌｉｎｇ?ｄｉａｇｒａｎｉ（Ｆｒｏｍ?ｔｈｅ?ｆｉｆｔｌｉ?ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ?ｒｅｐｏｒｔ?ｏｆ?ＩＰＣＣ）??－１０－??
?深部咸水层封存二氧化碳迁移规律研宄???（１）地质构造封存原理??图Ｌ４为地质构造封存示意图，地质构造埋存是指二氧化碳气体、液体或两相流体??遇到不透水层，不能继续移动并停留在不透水层下而形成的地质构造埋存。虽然二氧化??碳的浮力较大，但是由于不透水层的阻隔作用，使得二氧化碳无法进行横向和侧向迁移。??一些地层地质构造中含有油气或地下水，向其注入二氧化碳后，就形成了所谓的地质构??造封存。??上覆地层??盖层??Ｌ３〇Ｃ０２?目标储层??卷石??图１．４构造封存??Ｆｉｇ．?１．４?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｓｅａｌｉｎｇ??（２）残余气体封存原理??图１．５为残余气体封存示意图，二氧化碳羽流在地层运移时，部分二氧化碳因为气??体和液体的表面张力作用而长期留存在岩石多孔介质颗粒孔隙中，这一过程被称为残余??气体埋存。当大量的二氧化碳通过多孔介质时，通常以球状水滴的形式被束缚在岩石孔??隙的中间。所以，这一种埋藏方法也称为束缚气体储存。然而，仅有二氧化碳在多孔岩??石中运移是不够的，当二氧化碳穿过储层岩石后，咸水再次渗透到二氧化碳所占据的孔??隙空间时，二氧化碳才能大量储存，残余气体才能发挥真正的作用。通常残余气体封存??溶解封存相结合的情况下，二氧化碳才会被大量埋存在地下。残余气体埋藏的影响时间??从二氧化碳的注入开始将持续几十年、几百年甚至更久。??－１４－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]鄂尔多斯盆地南缘长8储层岩石力学特征及影响因素[J]. 郭培峰,邓虎成,邓勇,王琨瑜,周文. 科学技术与工程. 2019(18)
[2]VOF数值模拟在含复杂渗控结构渗流问题中的应用[J]. 张淼,钟小彦,李国栋. 陕西水利. 2018(06)
[3]盐水层中注水促进超临界CO2溶解的数值模拟[J]. 程丽平,易建新,李迪迪,姜羲. 安全与环境学报. 2017(01)
[4]CO2-岩石-地层水相互作用实验[J]. 曹冲,张京伦,朱鸿昊,廖松林,汤勇. 成都工业学院学报. 2016(04)
[5]CO2地质封存力学问题的数值模拟方法综述[J]. 李小春,袁维,白冰. 岩土力学. 2016(06)
[6]鄂尔多斯盆地深部热结构特征及其对华北克拉通破坏的启示[J]. 黄方,何丽娟,吴庆举. 地球物理学报. 2015(10)
[7]超临界CO2在地下盐水层内弥散现象的数值模拟[J]. 高诚,胥蕊娜,姜培学. 清华大学学报(自然科学版). 2015(10)
[8]鄂尔多斯盆地深部咸水层二氧化碳地质储存热-水动力-力学（THM）耦合过程数值模拟[J]. 雷宏武,李佳琦,许天福,王福刚. 吉林大学学报(地球科学版). 2015(02)
[9]地下流体注入诱发地震机理及其对CO2地下封存工程的启示[J]. 魏晓琛,李琦,邢会林,李霞颖,宋然然. 地球科学进展. 2014(11)
[10]中国二氧化碳地质储存研究进展[J]. 文冬光,郭建强,张森琦,许天福,贾小丰,李旭峰,范基姣,张徽,刁玉杰,胡秋韵. 中国地质. 2014(05)
博士论文
[1]鄂尔多斯盆地石千峰组咸水层CO2地质储存中CO2的迁移转化特征[D]. 万玉玉.吉林大学 2012
硕士论文
[1]泥质岩盖层岩石的力学特性研究与数值模拟实现[D]. 舒克通.长江大学 2018
[2]鄂尔多斯盆地CCS地质封存中CO2-咸水-地层岩反应研究[D]. 高阳.中国石油大学(北京) 2018
[3]二氧化碳盐水层封存的数值模拟研究[D]. 程丽平.中国科学技术大学 2015
[4]鄂尔多斯盆地页岩层钻井过程中井壁稳定性机理研究[D]. 陈思伟.西安石油大学 2014
[5]鄂尔多斯盆地陕北斜坡马家沟组深部盐水层二氧化碳封存潜力评估[D]. 路萍.西北大学 2013
本文编号：3208855
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