本文關(guān)鍵詞：二氧化碳地質(zhì)封存的數(shù)學(xué)物理模型及其求解

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【摘要】：二氧化碳的捕獲和封存(CCS)技術(shù)是減少二氧化碳排放和減緩溫室效應(yīng)的有效途徑。研究封存于地下的CO_2的運移規(guī)律和其對儲層地震響應(yīng)的影響對成功實施二氧化碳地質(zhì)封存具有重要意義。本文結(jié)合儲層模擬方法、巖石物理模型和地震模擬方法,對二氧化碳封存問題進行了系統(tǒng)的研究。本文首先基于孔隙介質(zhì)中的流體質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律,獲得了適用于進行二氧化碳封存模擬的耦合數(shù)學(xué)模型。然后給出了Biot模型的建立過程,得到了P波和S波的拉梅勢函數(shù)所滿足的偏微分方程,并獲得了波的頻散和衰減關(guān)系�；谶@些結(jié)果,研究了各種巖石物理參數(shù)對含水和CO_2巖石中的波頻散和衰減的影響。數(shù)值模擬結(jié)果表明,孔隙度和CO_2飽和度是影響波屬性最主要的因素,二者的變化顯著影響快P波、S波和慢P波的頻散和衰減。含水和CO_2巖石介質(zhì)中的波速在CO_2的臨界點處對溫度和壓力的變化比較敏感。其次,應(yīng)用孔隙介質(zhì)中的多組分多相流模型,進行了二氧化碳的徑向流動模擬和在二維層狀儲層中的封存模擬,獲得了封存后不同時期CO_2的飽和度和流體壓力的分布。應(yīng)用不同相對滲透率和毛管壓力函數(shù)進行數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn),相對滲透率和毛管壓力的增加有利于二氧化碳在水平方向上運移,從而使二氧化碳的分布范圍更大。然后,根據(jù)儲層模擬結(jié)果和含多相流的Biot模型,進行了二氧化碳地質(zhì)封存的地震監(jiān)測模擬研究。本文采用求解雙相介質(zhì)波動方程的SSM方法,對CO_2封存后不同時期的儲層進行地震模擬,獲得了相應(yīng)的合成地震記錄。合成單炮記錄和零偏移距剖面表明,儲層地震響應(yīng)受到所注入CO_2的強烈影響。零偏移距剖面顯示出典型的“下推效應(yīng)”,與實際的二氧化碳地質(zhì)封存監(jiān)測結(jié)果相符,并且發(fā)現(xiàn)相對滲透率和毛管壓力對地震模擬結(jié)果有明顯的影響。最后,基于含多相流Biot模型,應(yīng)用抗干擾能力強,且具有更好的局部搜索能力和抗早熟能力的自適應(yīng)雜交遺傳算法對實際數(shù)據(jù)進行了反演研究。對巖心實際數(shù)據(jù)的反演證實了算法的有效性,反演結(jié)果表明,含多相流的Biot模型能夠很好地解釋水和二氧化碳飽和巖石的波速特征。同時,對實際二氧化碳封存項目的地震監(jiān)測數(shù)據(jù)反演研究表明,應(yīng)用含多相流的Biot模型和自適應(yīng)雜交遺傳算法對二氧化碳封存問題進行儲層參數(shù)反演是可行和有效的,有望廣泛應(yīng)用于二氧化碳地質(zhì)封存的實際地震監(jiān)測中。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：X701;P631.4

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