不同应力状态下碳封存岩石内部二氧化碳驱替行为研究获进展

碳封存是有效缓解全球气候变化的地质工程技术，也是实现碳达峰碳中和的重要技术之一。二氧化碳注入到储层后会引起地下储层有效应力变化，导致储层孔渗特性变化，最终致使二氧化碳的运移规律和驱替效率发生改变。探究储层孔渗特性在不同有效应力状态下的变化规律，揭示二氧化碳在不同有效应力状态下的运移特征，对精细评估储层储量和封存安全具有重要意义。

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运用孔渗测量分析、核磁共振驱替实验及数值模拟方法，开展深入研究。科研人员利用自主研制的孔渗测量装置研究实验砂砾岩样品在不同有效应力下的孔渗变化规律；利用核磁共振驱替系统研究岩样在设定有效应力状态下二氧化碳的运移特征，并使用有限元方法建立计算模型进行数值分析；利用数值模拟进一步揭示岩样在不同有效应力状态下二氧化碳在其内部的运移规律。室内实验和数值模拟结果表明：随着有效应力增加，岩样的孔隙度和渗透率先快速减小再缓慢降低最终趋于稳定；随着有效应力增加，二氧化碳的运移速度降低，但路径上的二氧化碳饱和度有所提高。

相关研究成果发表在Greenhouse Gases: Science and Technology上。研究工作得到国家自然科学基金等的支持。

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图1.岩心孔隙度和渗透率随有效应力演化规律

图2.咸水饱和度分布的模拟与实验结果对比图

图3.不同有效应力状态下岩心内部二氧化碳沿注入方向饱和度分布图