武汉岩土所在复杂粘土夹层对二氧化碳运移特征影响研究中取得进展

在二氧化碳地质利用与封存（CCUS）技术类别中，二氧化碳强化咸水开采（CO₂-EWR）技术可以实现大规模的二氧化碳深度减排。中国适合CO₂-EWR技术的盆地分布面积大，碳封存潜力巨大。揭示二氧化碳注入到储层中的运移特征和封存规律对CO₂-EWR储层储量预测以及碳封存体安全性评估有重要意义。实际的砂岩目标储层中常常出现单层或多层粘土夹层，对地下流体的运移具有不可忽视的影响，揭示复杂粘土夹层对二氧化碳运移特征的影响对CO₂-EWR储量评估和场地安全性评价十分重要。

为此，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采用X射线计算机断层扫描成像（X-CT）岩心驱替实验技术结合数值模拟方法对复杂粘土夹层对二氧化碳运移特征的影响开展研究。科研人员开展二氧化碳驱饱和砂岩中咸水实验并利用X-CT实时监测二氧化碳运移过程；利用CT图像得到孔隙度分布特征，并利用有限元数值方法建立计算模型；通过数值模拟进一步揭示实验过程二氧化碳的运移机理。研究表明，粘土夹层对二氧化碳的运移起到分流和屏障的作用；复杂粘土夹层与流体注入方向形成的楔形区域引起二氧化碳的聚集效应。该试验可为CO₂-EWR储量评估和场地安全性评价提供基础分析参数和尺度泛化模型。

研究工作得到国家自然科学基金以及岩土力学与岩土工程国家重点实验室开放基金的资助。

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图1.CO₂驱替含复杂粘土夹层砂岩中的咸水过程中CO₂饱和度分布图

图2.孔渗建模流程图

图3.驱替过程中CO₂饱和度实验结果和模拟结果对比图