CO2咸水層封存已被證實是一種有效緩解溫室效應的碳減排方式。在CO2咸水層封存過程中,毛細管封存和溶解封存是實現(xiàn)CO2長期封存的重要機制。研究CO2-咸水兩相流動特性、相間界面演變規(guī)律和CO2-咸水局部傳質特性,對于評估CO2咸水層封存的時效性和安全性具有重要意義。基于上述背景,本文開展了 CO2咸水層封存兩相流動與傳質特性研究。利用CT可視化方法,闡明混合注入模式下的氣水流動特性,探析CO2驅替效率的主要影響因素。揭示溶解封存過程相間界面演變規(guī)律,實現(xiàn)對相間界面演變的定量化描述。解明CO2非平衡溶解過程局部傳質特性,基于孔隙尺度局部傳質系數(shù),建立并評估穩(wěn)定與不穩(wěn)定流動狀態(tài)的傳質模型。主要研究內(nèi)容如下:設計并搭建了基于微焦點X射線CT的氣水流動實驗系統(tǒng),利用CO2/混合氣進行了氣水混注驅替實驗,探明了氣水比、注入流速、CO2中N2雜質及溫度壓力條件對驅替效率的影響。發(fā)現(xiàn)在較低注入流速下,氣水混注過程和單純注入CO2時的驅替效率相近;在較高注入流速下,氣水混注過程產(chǎn)生更多孤立CO2團簇,驅替效率較低。CO2-N2混合氣在多孔介質中的運移能力大于純CO2,空間分布更為均勻,提升氣體驅替效率...

【文章頁數(shù)】：150 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
主要符號表
1 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 多孔介質內(nèi)CO₂驅替咸水研究進展
        1.2.1 地層條件
        1.2.2 流動條件
    1.3 CO₂-咸水傳質特性研究進展
        1.3.1 CO₂-咸水兩相傳質機理
        1.3.2 傳質過程界面特性
        1.3.3 重力不穩(wěn)定流動特性
    1.4 本文主要研究思路
2 實驗系統(tǒng)及方法
    2.1 基于微焦點X射線CT的氣水流動實驗系統(tǒng)
        2.1.1 微焦點X射線CT
        2.1.2 實驗材料
        2.1.3 實驗系統(tǒng)
    2.2 CT圖像處理
        2.2.1 原始CT圖像降噪處理
        2.2.2 各相分割與提取
        2.2.3 三維可視化分析
        2.2.4 基于CT圖像的參數(shù)測量方法
    2.3 本章小結
3 混合注入模式下的氣水流動特性研究
    3.1 多孔介質內(nèi)氣體空間分布特性
        3.1.1 CO₂-咸水氣水混注
        3.1.2 混合氣-咸水氣水混注
    3.2 驅替效率影響因素分析
        3.2.1 注入流速與氣水比
        3.2.2 混合氣注
        3.2.3 溫度壓力條件
    3.3 混合注入模式下的臨界驅替系數(shù)
    3.4 本章小結
4 溶解封存過程相間界面演變規(guī)律研究
    4.1 CO₂-咸水相間界面演變方式
        4.1.1 咸水流動路徑發(fā)展方式
        4.1.2 相間界面演變類型
        4.1.3 非均質性與重力效應的影響
    4.2 相間界面面積分布特征
        4.2.1 界面面積頻度分布
        4.2.2 界面面積累積比率
    4.3 相間界面面積與咸水飽和度定量關系
        4.3.1 比界面面積
        4.3.2 界面面積特征量
        4.3.3 相對界面面積
    4.4 本章小結
5 CO₂非平衡溶解過程局部傳質特性研究
    5.1 CO₂非平衡溶解特性
        5.1.1 CO₂動態(tài)溶解進程
        5.1.2 孔隙面積與非均質性對CO₂團簇尺寸的作用
        5.1.3 CO₂團簇尺寸分布特性
    5.2 孔隙尺度局部傳質系數(shù)測定
        5.2.1 CO₂濃度變化規(guī)律
        5.2.2 重力數(shù)對局部傳質系數(shù)的影響
    5.3 傳質模型構建與比較
        5.3.1 穩(wěn)定和不穩(wěn)定流動狀態(tài)的傳質模型
        5.3.2 表觀傳質系數(shù)與總括傳質系數(shù)的影響
    5.4 本章小結
6 結論與展望
    6.1 結論
    6.2 創(chuàng)新點
    6.3 展望
參考文獻
攻讀博士學位期間科研項目及科研成果
致謝
作者簡介



本文編號：3798312