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    工作動態

    武漢巖土所井筒-儲層系統CO2相變-流動-泄露多場耦合模擬研究獲進展

    發表日期:2022-08-25來源:武漢巖土力學研究所放大 縮小

      二氧化碳捕集、利用與封存(CCUS)技術作為一種大規模溫室氣體減排技術,有望成為未來我國實現碳中和的重要選項之一。CO2地質封存目標儲層深度較大,CO2沿井筒注入或泄漏過程中溫度壓力變化幅度大,這可能導致CO2發生相變,進而影響注入或泄漏特征,但目前在二氧化碳地質封存領域仍然缺乏考慮CO2相變過程的井筒-儲層全耦合數值模擬研究。

      為此,中國科學院武漢巖土力學研究所科研人員以國內首個CO2深部咸水層封存全流程示范工程——神華CCS示范工程具體工程及地質條件為研究對象(圖1),采用改進的可描述CO2-H2O系統相變過程的井筒-儲層耦合模擬器T2Well/ECO2M,首先對注入過程中井筒-儲層系統內的流體行為進行了分析,然后對井口實施定壓邊界以模擬井口閥門失效情況,分析了這種假定情況下CO2-水混合物沿井筒油管泄漏的行為特征。研究結果表明:在間歇注入過程中的停注期,井筒溫度在圍巖熱傳導作用下增大,而壓力在儲層調節作用下降低,導致深度約300m以上井筒內的液相CO2發生了氣化(圖2),但由此導致的溫度壓力變化有限;受控于儲層滲透率及其初始和邊界壓力分布條件,儲層中CO2沿注入井油管的泄漏過程表現出自限制特征,即泄漏發生到一定程度后自行停止(圖3a);在泄漏過程中,井筒-儲層系統中的液相或超臨界CO2發生了氣化(圖3b),這一相變過程促進了泄漏的進行;由于儲層壓力不平衡,停注期間及泄漏停止后,儲層中的流體沿井筒發生了層間竄流(圖4)。這些結果揭示了該CCS工程運行過程中井筒-儲層系統中CO2的相變流動特征,并預測了假定條件下儲層中CO2沿井筒的泄漏特征,該工程現已結束并封井,這些結果可為未來投入運行的CCS工程設計提供理論參考。

      研究工作得到了國家重點研發計劃項目(2019YFE0100100)和國家自然科學基金(41602255,41902309,51809259)的共同資助。相關研究成果分別以“Phase transition and fluid backflow during the non-injection period in the Ordos CCS project, China”及“Modeling of possible CO2 leakage with phase transition in wellbore-reservoir system based on the Ordos CCS project, China”為題,發表于Journal of Cleaner Production及 International Journal of Greenhouse Gas Control。

      論文鏈接:

      https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959652622011143?via%3Dihub

      https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1750583621003297?via%3Dihub

     

    圖1 (a)注入井測井揭露的地層巖性柱狀圖(b)模型概念圖(c)注入井監測數據   

    圖2  工程運行期間注入井內(a)壓力(b)溫度(c)氣相CO2飽和度(d)液相或超臨界CO2飽和度隨時間變化等值云圖

     

    圖3  井口壓力為1 MPa時(a)井口水相與CO2泄漏質量流量隨時間變化曲線(b)井筒內氣相CO2飽和度隨時間變化等值云圖

     

    圖4  停注期間不同時刻井筒附近儲層壓力分布及液相或超臨界CO2流場圖

    附件:
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