武汉岩土所在场地非均质条件下的CO2两相渗流研究方面取得进展

CO₂地质储存（CCS）被视为减少大气CO₂排放的关键环节，是实现碳中和的必要手段。通过捕获本应排放到大气中的CO₂，将其转化为超临界状态并注入地下适当的储存地点。利用地质构造圈闭CO₂（构造封存）、含水层溶解CO₂（溶解封存）、岩石孔隙储存CO₂（残余气封存）以及与岩石进行化学反应储存CO₂（矿化封存）。其中，咸水层封存因其具有高储存能力和高稳定性，被认为是最适合的CO₂封存方法。然而，咸水层储层岩石由于地质沉积过程会表现出显著的空间异质性，在数值模拟中往往忽视了岩层物性参数的非均质性带来的影响。

针对这一问题，中国科学院武汉岩土力学研究所二氧化碳地质封存研究团队人员将蒙特卡洛模拟-随机有限元方法（MCS-RFEM）与二氧化碳两相流模型相结合，比较了随机储层渗透率场的变异系数（Cv）和相关长度（λx）对二氧化碳迁移距离和储存范围的影响。结果显示，较高的Cv和λx值显著减少了二氧化碳迁移距离，同时增加了CO₂在剖面上的波及范围。与均质模型相比，在λx值为100米时，二氧化碳迁移距离减少了5.05％，而剖面波及面积增加了6.20％。同时，随着Cv的增加，二氧化碳体积分数高于0.75的区域面积减少了20.22％，而λx的增加导致二氧化碳体积分数高于0.75的区域面积增加了42.35％。因此，具有较高Cv和较低λx的储层更适合安全储存二氧化碳。

相关成果以“Two-phase flow behavior in CO₂ geological storage considering spatial parameter heterogeneity”为题，发表在期刊Greenhouse Gases：Science and Technology上。本研究得到了国家自然科学基金地质联合基金资助（项目编号U2244215）、中国博士后科学基金面上项目资助（项目编号2023M733710和2023M733711）以及湖北省博士后创新研究岗位资助（项目编号2022000171）。

论文链接：https://doi.org/10.1002/ghg.2248

图1 不同变异系数、相关尺度下的储层渗透率分布

图2 CO₂最大运移距离蒙特卡洛收敛结果

图3 不同相关长度下CO₂波及面积对比