二氧化碳地质封存的数学物理模型及其求解

发布时间：2017-12-16 23:31

  本文关键词：二氧化碳地质封存的数学物理模型及其求解

  更多相关文章： 二氧化碳地质封存 储层模拟 Biot模型 多相流 储层参数反演

【摘要】：二氧化碳的捕获和封存(CCS)技术是减少二氧化碳排放和减缓温室效应的有效途径。研究封存于地下的CO_2的运移规律和其对储层地震响应的影响对成功实施二氧化碳地质封存具有重要意义。本文结合储层模拟方法、岩石物理模型和地震模拟方法,对二氧化碳封存问题进行了系统的研究。本文首先基于孔隙介质中的流体质量守恒定律和能量守恒定律,获得了适用于进行二氧化碳封存模拟的耦合数学模型。然后给出了Biot模型的建立过程,得到了P波和S波的拉梅势函数所满足的偏微分方程,并获得了波的频散和衰减关系。基于这些结果,研究了各种岩石物理参数对含水和CO_2岩石中的波频散和衰减的影响。数值模拟结果表明,孔隙度和CO_2饱和度是影响波属性最主要的因素,二者的变化显著影响快P波、S波和慢P波的频散和衰减。含水和CO_2岩石介质中的波速在CO_2的临界点处对温度和压力的变化比较敏感。其次,应用孔隙介质中的多组分多相流模型,进行了二氧化碳的径向流动模拟和在二维层状储层中的封存模拟,获得了封存后不同时期CO_2的饱和度和流体压力的分布。应用不同相对渗透率和毛管压力函数进行数值模拟发现,相对渗透率和毛管压力的增加有利于二氧化碳在水平方向上运移,从而使二氧化碳的分布范围更大。然后,根据储层模拟结果和含多相流的Biot模型,进行了二氧化碳地质封存的地震监测模拟研究。本文采用求解双相介质波动方程的SSM方法,对CO_2封存后不同时期的储层进行地震模拟,获得了相应的合成地震记录。合成单炮记录和零偏移距剖面表明,储层地震响应受到所注入CO_2的强烈影响。零偏移距剖面显示出典型的“下推效应”,与实际的二氧化碳地质封存监测结果相符,并且发现相对渗透率和毛管压力对地震模拟结果有明显的影响。最后,基于含多相流Biot模型,应用抗干扰能力强,且具有更好的局部搜索能力和抗早熟能力的自适应杂交遗传算法对实际数据进行了反演研究。对岩心实际数据的反演证实了算法的有效性,反演结果表明,含多相流的Biot模型能够很好地解释水和二氧化碳饱和岩石的波速特征。同时,对实际二氧化碳封存项目的地震监测数据反演研究表明,应用含多相流的Biot模型和自适应杂交遗传算法对二氧化碳封存问题进行储层参数反演是可行和有效的,有望广泛应用于二氧化碳地质封存的实际地震监测中。
【学位授予单位】：清华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X701;P631.4

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本文编号：1297917