本文關(guān)鍵詞：鄂爾多斯盆地二氧化碳地質(zhì)封存機(jī)理研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《吉林大學(xué)》 2016年

CO_2地質(zhì)封存中熱—流—固多場(chǎng)耦合并行數(shù)值模擬研究

吳帆  

【摘要】：CGS(CO_2 Geologic Storage,CO_2地質(zhì)封存)是近年來(lái)國(guó)際上興起的一種溫室氣體封存技術(shù)。作為一種新型的巖土工程技術(shù),在儲(chǔ)存CO_2方面具有儲(chǔ)存容量大、能供CO_2儲(chǔ)存的區(qū)域多、實(shí)施成本低等特點(diǎn),同時(shí)其對(duì)地表生態(tài)環(huán)境影響很小,CGS技術(shù)在減少大氣中CO_2含量減緩全球氣候變暖中得到廣泛應(yīng)用和發(fā)展。CGS工程的安全性、可靠性關(guān)乎到人類生命安全,為了保障CO_2封存區(qū)域的安全性,在任何一個(gè)大型CGS項(xiàng)目開展之前均需要進(jìn)行大量的論證工作,考慮到大型CGS工程涉及到的地質(zhì)、力學(xué)問(wèn)題復(fù)雜,工程涉及到的時(shí)間(1000年)、空間(1011m3數(shù)量級(jí))尺度大,評(píng)估CGS工程安全性在實(shí)際操作中是有很難實(shí)現(xiàn)的。然而數(shù)值模擬作為一種十分有效而又經(jīng)濟(jì)的技術(shù)方法,是進(jìn)行CO_2地質(zhì)封存研究的必要手段。CGS中數(shù)值模擬過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的涉及到溫度-滲流-力(thermal-hydromechanical,THM)的多物理場(chǎng)耦合問(wèn)題,前人已經(jīng)做了許多涉及到THM多場(chǎng)耦合問(wèn)題方面的研究,然而,在CGS工程領(lǐng)域的多場(chǎng)耦合數(shù)值模擬中仍然存在一些不足之處,目前,筆者所在課題組自主研發(fā)了一套搭接程序?qū)OUGH與FLAC3D搭接起來(lái),形成一套單機(jī)版THM耦合程序。然而,該程序受兩個(gè)程序讀寫數(shù)據(jù)能力及網(wǎng)格數(shù)量的限制,windows操作系統(tǒng)下,在剖分網(wǎng)格的時(shí)候最多只能達(dá)到1萬(wàn)網(wǎng)格,在處理大規(guī)模,地層條件復(fù)雜的CO_2地質(zhì)封存工程中,只能將模型進(jìn)行簡(jiǎn)化處理,其精度在模擬CGS這類大型工程中是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。在前人的研究基礎(chǔ)上,本文利用FORTRAN95和FISH語(yǔ)言自主研發(fā)一套程序?qū)Σ⑿邪鎀OUGH和FLAC3D進(jìn)行搭接,編制了源代碼,形成一套并行版THM耦合程序,通過(guò)建立阿爾及利亞地區(qū)In Salah場(chǎng)地CO_2地質(zhì)封存模型與單機(jī)版THM耦合程序以及場(chǎng)地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析,模擬結(jié)果顯示,CO_2連續(xù)灌注三年之后,對(duì)比孔壓和CO_2運(yùn)移情況,并行版THM程序模擬結(jié)果和單機(jī)版THM程序模擬結(jié)果基本上接近,出現(xiàn)的少量差異均是由網(wǎng)格劃分之粗細(xì)導(dǎo)致的;在地表隆起量方面,并行版THM程序模擬結(jié)果的1.49mm相較于單機(jī)版THM程序模擬結(jié)果的1.55mm,更接近于地表監(jiān)測(cè)值得1.5mm。因此,并行版THM耦合程序在做CGS工程數(shù)值模擬研究中其精度是優(yōu)于單機(jī)版THM耦合程序的。儲(chǔ)蓋層巖體的物理力學(xué)性質(zhì)直接決定該地區(qū)CO_2封存能力,本中對(duì)取自于鄂爾多斯地區(qū)的巖樣做了一些室內(nèi)試驗(yàn)研究,對(duì)該研究區(qū)地層儲(chǔ)蓋層的孔隙率、滲透率、導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、密度等物理性質(zhì)、力學(xué)性質(zhì)特征做了分析研究,同時(shí)這些參數(shù)也是對(duì)鄂爾多斯CO_2地質(zhì)封存做數(shù)值模擬的基礎(chǔ)。本文基于鄂爾多斯地區(qū)CO_2地質(zhì)封存示范工程項(xiàng)目,采用自主研發(fā)的并行版THM耦合程序,建立了一個(gè)8000m×8000m×2800m尺寸的13萬(wàn)網(wǎng)格的三維地質(zhì)模型,根據(jù)實(shí)際工程的CO_2注入狀況,在模型中設(shè)置一口深度約為2500m的注入井,選取涵蓋劉家溝組、石千峰組、石盒子組和山西組構(gòu)成的13組儲(chǔ)層,以105t/年的CO_2注入速率持續(xù)持續(xù)注入三年,停止灌注之后模擬繼續(xù)運(yùn)行7年,對(duì)這10年間地層的變化做了一個(gè)分析研究。此外,在這個(gè)模型的基礎(chǔ)上,假設(shè)CO_2持續(xù)注入10年,對(duì)地層中CO_2運(yùn)移情況及引起的地層力學(xué)特性變化做了一個(gè)預(yù)測(cè),大量CO_2灌注到含水層勢(shì)必會(huì)打破原有的應(yīng)力平衡,其主要體現(xiàn)是孔隙流體壓力增大,固體骨架之間的連接由致密變得疏松,導(dǎo)致孔隙率增加,而多孔介質(zhì)孔隙率增加,則會(huì)導(dǎo)致滲透率的增加,CO_2灌注會(huì)引起的地表隆起,停注一段時(shí)間之后,受自重壓力的作用,固體骨架之間會(huì)變得密實(shí),地表的隆起量會(huì)逐漸下降直至恢復(fù)平衡。

【關(guān)鍵詞】：
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：X701;X141
【目錄】：

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中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 楊麗娟;氨基功能化咪唑型離子液體設(shè)計(jì)及捕集CO_2機(jī)制研究[D];華北電力大學(xué);2015年

2 熊大珍;CO_2調(diào)控離子液體—水體系及其在反應(yīng)分離中的應(yīng)用[D];河南師范大學(xué);2015年

3 彭其安;內(nèi)源鐵及添加碳對(duì)水稻土CH_4和CO_2排放的影響[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2015年

4 張克舫;醇胺吸收法燃煤電廠CO_2捕集系統(tǒng)能量分析及優(yōu)化[D];北京工業(yè)大學(xué);2015年

5 王霞;新型固體胺吸附劑顆粒制備及CO_2吸附性能研究[D];青島科技大學(xué);2016年

6 杜麗婷;柱層型金屬有機(jī)骨架化合物的合成、結(jié)構(gòu)及CO_2氣體捕獲性能研究[D];南京大學(xué);2013年

7 鐘金金;宇宙射線μ子成像在CO_2地質(zhì)封存監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用可行性研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

8 楊東曉;分離CO_2固定載體膜傳質(zhì)機(jī)理及其膜過(guò)程模擬和優(yōu)化研究[D];天津大學(xué);2009年

9 戴耀;鈀催化CO_2、CO的轉(zhuǎn)化及C-N鍵偶聯(lián)反應(yīng)的研究[D];大連理工大學(xué);2012年

10 彭慧;離子液體的合成及其在催化反應(yīng)和CO_2分離中的應(yīng)用[D];武漢大學(xué);2012年

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前10條

1 杭博;不同O_2、CO_2組分和C_2H_4對(duì)庫(kù)爾勒香梨采后生理與品質(zhì)的影響[D];中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院;2015年

2 齊友;異常高溫、高壓凝析氣田CO_2腐蝕規(guī)律及緩蝕方法[D];中國(guó)石油大學(xué)(華東);2014年

3 劉振國(guó);文昌油田抗高CO_2緩蝕劑研制及應(yīng)用[D];中國(guó)石油大學(xué)(華東);2013年

4 周旭萍;氨基酸鹽和混合CO_2吸收劑的綜合特性研究[D];浙江大學(xué);2016年

5 黃杰;CO_2空氣捕集與轉(zhuǎn)化利用的耦合研究[D];浙江大學(xué);2016年

6 呂朋朋;基于PTFE中空纖維膜的膜閃蒸法進(jìn)行CO_2吸收劑再生研究[D];浙江理工大學(xué);2016年

7 孫銳艷;CO_2管輸及超臨界注入技術(shù)研究與應(yīng)用[D];中國(guó)石油大學(xué)(華東);2013年

8 高鵬;燃煤電廠煙氣CO_2捕集仿真模擬研究[D];中國(guó)石油大學(xué)(華東);2014年

9 馬曉紅;大情字井油田50萬(wàn)噸CO_2驅(qū)地面工藝設(shè)計(jì)[D];中國(guó)石油大學(xué)(華東);2013年

10 周永強(qiáng);咪唑啉CO_2緩蝕劑在油井中的應(yīng)用研究[D];中國(guó)石油大學(xué)(華東);2014年

  本文關(guān)鍵詞：鄂爾多斯盆地二氧化碳地質(zhì)封存機(jī)理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：219423