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高温高压条件下非纯CO_(2)−水体系的pH原位测量和预测模型
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作者 高启荣 雷宏武 +2 位作者 蔡雨娜 白冰 李静 《地质科技通报》 北大核心 2025年第4期116-128,共13页
含CO_(2)的气体注入到深部含水层中会溶解形成碳酸,导致含水层的pH值下降,进而造成矿物的溶解或沉淀,影响CO_(2)地质利用与封存的安全性和有效性。pH值作为能表征溶液化学性质的重要参数,因此通过实验测量纯/非纯CO_(2)饱和溶液体系的pH... 含CO_(2)的气体注入到深部含水层中会溶解形成碳酸,导致含水层的pH值下降,进而造成矿物的溶解或沉淀,影响CO_(2)地质利用与封存的安全性和有效性。pH值作为能表征溶液化学性质的重要参数,因此通过实验测量纯/非纯CO_(2)饱和溶液体系的pH值,并结合模型预测可以评估CO_(2)地质封存条件下的化学变化。在原位条件下通过电势法和光谱法测量了温度范围35~93℃、压力范围0.38~18 MPa时,纯CO_(2)-H_(2)O体系和非纯CO_(2)-H_(2)O体系的pH值;并建立了基于溶解度校准的组分化学平衡模型,对纯/非纯CO_(2)-H_(2)O体系的pH值进行了计算和预测评价。结果表明:N_(2)和CH_(4)均会对CO_(2)饱和体系产生影响,使CO_(2)在水中的溶解度降低,pH值增大,且CH_(4)的影响大于N_(2)。模型能较好地进行纯CO_(2)-水体系的pH值预测,最大偏差不超过0.05个pH;在非纯CO_(2)-H_(2)O体系中有一定的偏差,主要为50℃以及CO_(2)和杂质气体比例为1∶9的条件下,偏差在0.15个pH值以内。电势法和光谱法能进行高温高压条件下的原位pH值测量,纯/非纯CO_(2)-H_(2)O体系的pH预测模型具有较好的准确性,本文的研究成果为非纯CO_(2)注入地层产生的化学变化提供了理论参考,对提高碳封存的安全性和有效性具有重要意义。 展开更多
关键词 非纯CO_(2) CO_(2)饱和溶液体系 非纯CO_(2)−水体系 原位pH测量 pH值预测
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天然CO_(2)沿井筒泄漏两相反应流动特征模拟
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作者 郑长远 蔡雨娜 +1 位作者 雷宏武 封官宏 《安全与环境工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期196-204,239,共10页
碳捕集利用与封存(CCUS)技术是实现大规模碳减排的重要途径,而CO_(2)注入储层后的泄漏风险是CCUS技术关注的重点之一。由于目前CCUS工程中还未有深部封存的CO_(2)泄漏事故发生,但天然CO_(2)泄漏事件并不少见,因此以天然CO_(2)井筒泄漏... 碳捕集利用与封存(CCUS)技术是实现大规模碳减排的重要途径,而CO_(2)注入储层后的泄漏风险是CCUS技术关注的重点之一。由于目前CCUS工程中还未有深部封存的CO_(2)泄漏事故发生,但天然CO_(2)泄漏事件并不少见,因此以天然CO_(2)井筒泄漏点为研究对象进行类比研究可为CCUS工程泄漏风险评估提供有价值的参考依据。以西宁盆地南部天然CO_(2)泄漏场地中的典型CO_(2)井筒泄漏点———ZK10井为研究对象,结合实测数据,采用数值模拟方法分析了该井间歇喷发过程的动力学机制及伴随的化学变化特征。结果表明:①ZK10井的水气间歇喷发过程受CO_(2)过饱和析出、气举效应及储层动态补给的协同控制;②受控于CO_(2)的过饱和析出及流体混合作用,井筒内CO_(2)闪蒸点以上位置地下水的pH值随深度减小而增大,并随喷发过程发生周期性的变化;③ZK10井间歇喷发过程中,井筒内形成方解石和石英矿物沉淀,受控于矿物的溶解特性,其沉淀特征各异。该研究结果可为类似的天然或CCUS工程中CO_(2)井筒泄漏点的泄漏机制及化学特征研究提供参考,进而为相关部门制定监测及预防措施提供依据。 展开更多
关键词 天然二氧化碳 井筒泄漏 间歇喷发 化学反应 CCUS技术 数值模拟
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提高CO_(2)封存强度的多层协同抽注技术 被引量:10
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作者 李小春 梅开元 +1 位作者 蔡雨娜 张力为 《工程科学与技术》 EI CSCD 北大核心 2022年第1期167-176,共10页
中国已提出2030年碳达峰、2060年碳中和的碳减排目标,提高CO_(2)捕集、地质利用与封存(CCUS)技术发展水平与商业化规模,是实现中国碳减排目标的关键所在。“十四五”规划已明确提出要开展碳捕集利用与封存(CCUS)重大项目示范。然而,由... 中国已提出2030年碳达峰、2060年碳中和的碳减排目标,提高CO_(2)捕集、地质利用与封存(CCUS)技术发展水平与商业化规模,是实现中国碳减排目标的关键所在。“十四五”规划已明确提出要开展碳捕集利用与封存(CCUS)重大项目示范。然而,由于中国大多数CO_(2)储层的低渗透、非均质等特征,导致单一储层的CO_(2)封存能力有限,无法满足CCUS重大项目示范所需的CO_(2)地质封存量。本文提出将CO_(2)封存强度(单位土地面积的CO_(2)封存量)作为评价CCUS项目储层封存能力的关键指标,并计算了中国主要CO_(2)咸水层封存和CO_(2)强化驱油场地的CO_(2)封存强度,结果表明,现有CO_(2)咸水层封存和CO_(2)强化驱油项目的封存强度大多在105 t/km^(2)以下,无法满足中国双碳目标的需要。为显著提高CO_(2)封存强度,提出CO_(2)多层协同抽注技术的概念,通过注入井在多个储层射孔注入CO_(2),并利用采水井从多个储层中采出咸水,实现储层可用孔隙和储层压力的最优化调控,最终实现CO_(2)封存强度的大幅度提高。为验证CO_(2)多层协同抽注技术的效果,利用T_(2)Well模拟软件,构建3种CO_(2)多层统注及协同抽注的数值模型,模拟了CO_(2)定压注入过程,分析了注入60 d后的储层压力分布、储层内CO_(2)饱和度分布及CO_(2)累计注入量。结果表明:在多层协同抽注条件下,储层压力聚集现象有明显缓解,从而降低了封存区域因压力聚集导致的力学不稳定性。通过分析CO_(2)饱和度可知,注入CO_(2)后,在抽注井间压力差的驱使下,羽流将向采出井偏移;此外,受岩石性质的影响,羽流形状和范围略有差异。根据3种条件下的模拟结果计算CO_(2)封存强度可知,各向异性砂岩条件下多层协同抽注的封存强度最高达到1.115×10^(6)t/km^(2),远大于现在已实施项目的封存强度。因此,多层协同抽注技术将较大地提高CO_(2)封存强度,有利于节约中国国土资源,促进CO_(2)封存技术的推广。 展开更多
关键词 碳中和 CCUS 封存强度 协同抽注技术
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岩石三维微观结构定量研究方案与应用实例 被引量:7
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作者 王威 蔡雨娜 刘洁 《地学前缘》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期55-66,共12页
微观CT技术可以提供微米(或更小)分辨率的三维高精度数字图像,为研究岩石内部结构提供了强有力的技术支持。微观CT数据的定量分析主要包含三个方面:(1)图像数据中岩石微观结构的定量表征;(2)流体力学代表性体元的确定和流体力学参数计算... 微观CT技术可以提供微米(或更小)分辨率的三维高精度数字图像,为研究岩石内部结构提供了强有力的技术支持。微观CT数据的定量分析主要包含三个方面:(1)图像数据中岩石微观结构的定量表征;(2)流体力学代表性体元的确定和流体力学参数计算;(3)固体力学代表性体元的确定及固体力学参数计算。简要介绍了三个方面定量分析的实施方案,并将可视化技术作为数据分析的辅助手段。给出了糜棱岩、砂岩和灰岩三个不同样品的计算分析实例。岩石微观三维CT数据量大,尤其是包含了时间序列的四维CT数据量更为巨大,其中包含了丰富且独特的信息,处理过程复杂多变,构成了地学大数据的一个重要组成部分。 展开更多
关键词 微观CT 定量分析 结构表征 岩石物性参数 大数据
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