CO 2 咸水层封存两相流动与传质特性研究

发布时间：2023-04-22 20:00

　　CO2咸水层封存已被证实是一种有效缓解温室效应的碳减排方式。在CO2咸水层封存过程中,毛细管封存和溶解封存是实现CO2长期封存的重要机制。研究CO2-咸水两相流动特性、相间界面演变规律和CO2-咸水局部传质特性,对于评估CO2咸水层封存的时效性和安全性具有重要意义。基于上述背景,本文开展了 CO2咸水层封存两相流动与传质特性研究。利用CT可视化方法,阐明混合注入模式下的气水流动特性,探析CO2驱替效率的主要影响因素。揭示溶解封存过程相间界面演变规律,实现对相间界面演变的定量化描述。解明CO2非平衡溶解过程局部传质特性,基于孔隙尺度局部传质系数,建立并评估稳定与不稳定流动状态的传质模型。主要研究内容如下:设计并搭建了基于微焦点X射线CT的气水流动实验系统,利用CO2/混合气进行了气水混注驱替实验,探明了气水比、注入流速、CO2中N2杂质及温度压力条件对驱替效率的影响。发现在较低注入流速下,气水混注过程和单纯注入CO2时的驱替效率相近;在较高注入流速下,气水混注过程产生更多孤立CO2团簇,驱替效率较低。CO2-N2混合气在多孔介质中的运移能力大于纯CO2,空间分布更为均匀,提升气体驱替效率...

【文章页数】：150 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
主要符号表
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 多孔介质内CO₂驱替咸水研究进展
        1.2.1 地层条件
        1.2.2 流动条件
    1.3 CO₂-咸水传质特性研究进展
        1.3.1 CO₂-咸水两相传质机理
        1.3.2 传质过程界面特性
        1.3.3 重力不稳定流动特性
    1.4 本文主要研究思路
2 实验系统及方法
    2.1 基于微焦点X射线CT的气水流动实验系统
        2.1.1 微焦点X射线CT
        2.1.2 实验材料
        2.1.3 实验系统
    2.2 CT图像处理
        2.2.1 原始CT图像降噪处理
        2.2.2 各相分割与提取
        2.2.3 三维可视化分析
        2.2.4 基于CT图像的参数测量方法
    2.3 本章小结
3 混合注入模式下的气水流动特性研究
    3.1 多孔介质内气体空间分布特性
        3.1.1 CO₂-咸水气水混注
        3.1.2 混合气-咸水气水混注
    3.2 驱替效率影响因素分析
        3.2.1 注入流速与气水比
        3.2.2 混合气注
        3.2.3 温度压力条件
    3.3 混合注入模式下的临界驱替系数
    3.4 本章小结
4 溶解封存过程相间界面演变规律研究
    4.1 CO₂-咸水相间界面演变方式
        4.1.1 咸水流动路径发展方式
        4.1.2 相间界面演变类型
        4.1.3 非均质性与重力效应的影响
    4.2 相间界面面积分布特征
        4.2.1 界面面积频度分布
        4.2.2 界面面积累积比率
    4.3 相间界面面积与咸水饱和度定量关系
        4.3.1 比界面面积
        4.3.2 界面面积特征量
        4.3.3 相对界面面积
    4.4 本章小结
5 CO₂非平衡溶解过程局部传质特性研究
    5.1 CO₂非平衡溶解特性
        5.1.1 CO₂动态溶解进程
        5.1.2 孔隙面积与非均质性对CO₂团簇尺寸的作用
        5.1.3 CO₂团簇尺寸分布特性
    5.2 孔隙尺度局部传质系数测定
        5.2.1 CO₂浓度变化规律
        5.2.2 重力数对局部传质系数的影响
    5.3 传质模型构建与比较
        5.3.1 稳定和不稳定流动状态的传质模型
        5.3.2 表观传质系数与总括传质系数的影响
    5.4 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 创新点
    6.3 展望
参考文献
攻读博士学位期间科研项目及科研成果
致谢
作者简介



本文编号：3798312