煤田地质与勘探

作者：彭玺伊, 王延永, 李嵩, 王晓光, 崔国栋, 何勇明,

关键词：咸水层, CO₂地质封存, 相态, 浮力, 毛管力, 封存方式,

目的CO2咸水层封存是实现大规模温室气体减排的关键技术。对离岸浅部咸水层，海洋低温环境与上覆海水压力作用使其温度和压力条件相较于相同埋深陆上咸水层差异明显，地层内CO2可能以液态形式存在。与超临界态相比，液态CO2的密度、黏度及其在地层水中的溶解度更高，影响其运移和封存过程。现有研究以超临界CO2为主，液态CO2在咸水层中的运移和封存规律缺乏深入认识。方法考虑液态与超临界态CO2特征，构建浮力与毛管力作用下CO2运移与封存的数学模型。基于高精度两相渗流数值模拟，对比注气结束后液态与超临界态CO2在咸水层中的运移特征和封存方式变化规律。结果和结论结果表明：与超临界态相比，浮力主导下液态CO2垂向运移速率降低，波及体积减小。25 a后不同封存方式下液态CO2的封存量要明显低于超临界态，咸水层的封存容量更难被充分利用。局部毛管力封存占比55%，残余气封存约为40%，溶解气封存占比5%，相态对不同封存方式贡献的影响较小。地温梯度的增大有利于强化液态CO2的垂向运移，增加其波及体积，提高不同封存方式封存量及咸水层封存容量的利用效率。相同埋深条件下，超临界CO2在陆上与离岸咸水层中运移特征和封存量呈现明显差异。离岸咸水层中超临界CO2的垂向运移被抑制，降低了局部毛管力和残余气作用下CO2封存量，不利于咸水层封存容量的有效利用。研究成果可为陆上和离岸咸水层CO2高效封存提供一定指导。

来源：2025年第2期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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