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作者：

余峰

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摘要：

CO_2地下咸水层封存因其存储地点分布广泛和封存容量巨大,被认为是最具发展潜力的CO_2地质封存方法,受到各国政府和研究机构的广泛重视.理解CO_2在多孔介质内的多相运移规律,能为咸水层CO_2封存容量的预测提供重要依据.多孔介质内的CO_2/盐水两相运移现象涉及到复杂几何流场内多组分多相流的流体动力学问题,受到多孔介质的孔隙结构,壁面润湿性以及流体的物性参数等诸多因素的影响.分析这些因素对于CO_2/盐水多相运移的影响规律具有重要的学术意义和应用价值.本文首先采用Lattice Boltzmann(LBM)方法数值模拟了多孔介质内不同的流体物性参数以及壁面润湿性对CO_2/盐水多相流动的影响,详细讨论了毛细管数(Ca),流体粘度比(M)以及固体壁面润湿性(接触角θ)对于CO_2/盐水两相流动的影响规律.计算结果表明,1)在流体粘度比恒定的情况下,增加Ca能减小驱替过程所需的突破时间,提高驱替达到稳态时多孔介质内的CO_2饱和度;2)在注入速度恒定时,增大M能提高驱替过程所需的突破时间,同时提高驱替达到稳态时CO_2饱和度;3)随着流体润湿角的增大,固体壁面相对CO_2从润湿壁面逐渐变成非润湿壁面时,指进现象被强化,突破时间逐渐降低,稳态时多孔介质内的CO_2饱和度也随θ的增大而降低.多孔介质孔隙结构非均质性是控制了CO_2局部封存中的多相流动过程的重要因素.本文利用随机四参数生成法重构了非均质三维多孔介质,采用LBM数值模拟了三维多孔介质内CO_2/盐水两相驱替过程,分析了多孔介质内局部致密孔隙结构对两相驱替过程的影响,联合宏观物性参数跨尺度分析了毛细管力对CO_2局部累积现象的影响规律.计算结果表明,1)多孔介质内小而不规则孔隙的区域具有较高的毛细管力.驱替过程中CO_2羽的运移具有明显的通道选择性,优先通过具有较低毛细管力的区域;2)多孔介质内低渗致密区域高毛细管力是引起CO_2局部累积的重要原因,影响CO_2在整个多孔介质内的饱和度分布.

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关键词：

CO_2咸水层封存；多相流动；孔隙结构非均质性；流体物性；格子Boltzmann方法

学位级别：

硕士

DOI：

CNKI:CDMD:2.1018.868568