多孔介質(zhì)內(nèi)CO2-水兩相流動(dòng)的CFD數(shù)值模擬研究.pdf

1、全球變暖引起的異常氣候現(xiàn)象和極端自然災(zāi)害已威脅到人類的生存與社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展，而人類活動(dòng)導(dǎo)致的大氣溫室氣體的增加是造成氣候變暖的重要原因。在眾多溫室氣體中，CO2所占的比重最大，約為76.7％，減少CO2排放已成為溫室氣體減排的首要目標(biāo)。CO2的深部咸水層封存被認(rèn)為是有效減少大氣CO2排放量的重要途徑之一，受到世界各國(guó)研究機(jī)構(gòu)的廣泛重視。
　　對(duì)CO2-鹽水在多孔介質(zhì)內(nèi)運(yùn)移規(guī)律的深入理解，可為評(píng)估CO2咸水層封存的效果和安全性提供

2、理論依據(jù)，因此具有重要的理論研究?jī)r(jià)值。其中，孔隙尺度的建模有利于深入理解多相運(yùn)移過程和準(zhǔn)確描述宏觀運(yùn)移現(xiàn)象，也能為連續(xù)尺度建模提供本構(gòu)關(guān)系和物性參數(shù)，已成為CO2咸水層封存研究的重要組成部分。
　　本文基于CT成像技術(shù)獲取巖心的微觀結(jié)構(gòu)信息，開發(fā)了程序?qū)Χ嗫捉橘|(zhì)內(nèi)流體的有效流動(dòng)通道進(jìn)行提取與重建;在此基礎(chǔ)上，結(jié)合計(jì)算流體力學(xué)(CFD)建模法，提出了可靠計(jì)算巖心局部滲透率和相對(duì)滲透率的方法。此外，采用相場(chǎng)模型實(shí)現(xiàn)了CO2-水兩相界面

3、的有效捕捉，數(shù)值分析了毛細(xì)管數(shù)和粘度比、密度比、潤(rùn)濕性、注入方向、重力和非均質(zhì)性對(duì)多孔介質(zhì)內(nèi)CO2-水不穩(wěn)定驅(qū)替的影響。數(shù)值模擬結(jié)果表明:1）毛細(xì)管數(shù)和粘度比對(duì)CO2-水的驅(qū)替過程影響顯著，在大毛細(xì)管數(shù)(≥0.002)和大粘度比(≥1)的情況下，驅(qū)替過程沒有發(fā)生明顯的指進(jìn)現(xiàn)象，可視為穩(wěn)定驅(qū)替過程;在較小粘度比的情況下(≤0.02)，粘性力主導(dǎo)了驅(qū)替過程，產(chǎn)生了粘性指進(jìn)現(xiàn)象;在較小的毛細(xì)管數(shù)情況下（≤0.00002），驅(qū)替過程的主導(dǎo)力變?yōu)?/p>

4、毛細(xì)管力，此時(shí)毛細(xì)管指進(jìn)現(xiàn)象發(fā)生;2）研究過程中所采用的模型尺寸較小時(shí)，密度比對(duì)驅(qū)替過程的影響可以忽略，3）骨架顆粒的壁面潤(rùn)濕性也能影響驅(qū)替過程的穩(wěn)定性，壁面為親水狀態(tài)時(shí)，驅(qū)替過程產(chǎn)生指進(jìn)，為不穩(wěn)定驅(qū)替;壁面為親CO2狀態(tài)時(shí)，驅(qū)替過程中沒有明顯的指進(jìn)現(xiàn)象，可視為穩(wěn)定驅(qū)替;4）注入方向也能影響驅(qū)替過程的穩(wěn)定性。當(dāng)CO2水平注入時(shí)，驅(qū)替過程中存在明顯的不連續(xù)流動(dòng)現(xiàn)象，當(dāng)CO2垂直注入時(shí)，驅(qū)替過程中不連續(xù)現(xiàn)象減弱，但與水平注入時(shí)相差不大;5）