地下天然气储层循环注入和生产作业过程中二氧化碳-盐水质量传递的动力学

《Energy & Fuels》：Dynamics of CO2-Brine Mass Transfer during Cyclic Injection and Production Operations in Underground Gas Storage Reservoirs

地下CO?存储中压力波动加速对流溶解，模型模拟百年周期性压力变化，显示波动使对流开始时间减少40%，传播距离增加45%，扩散速率提升35%，整体效率提高8-12%，为优化设计提供理论支撑。

　　

在利用二氧化碳（CO₂）作为缓冲气体的地下储气系统中，由于循环注入-生产操作导致的压力波动会显著影响二氧化碳的溶解过程。然而，压力波动对二氧化碳对流溶解的影响尚未得到充分研究。为填补这一研究空白，研究人员开发了一个基于线性稳定性分析的数值模型，该模型能够模拟周期性压力变化对溶解过程的影响。通过使用有限体积法，进行了长达100年的模拟实验，模拟过程中每年都包含压力循环，以研究二氧化碳在含盐水层中的迁移动态。根据模拟结果，提出了相应的公式来描述在不同压力波动条件下的二氧化碳溶解行为。研究结果表明，与保持恒定压力的情况相比，压力波动通过提高气液界面的二氧化碳浓度峰值，显著加速了二氧化碳的对流溶解过程。这种效应表现为对流开始时间的缩短（最多可缩短40%），指状扩散距离的增加（约45%），以及侧向扩散速率的提升（约35%），所有这些变化都遵循幂律关系。研究还发现，指状扩散速度主要受平均浓度控制，而长期溶解通量则主要由时间平均浓度决定。总体而言，周期性压力波动使二氧化碳的对流溶解速率提高了约8-12%。这些发现为优化利用二氧化碳作为缓冲气体的天然气储库设计提供了重要的理论基础。