孔隙尺度下超臨界CO2驅水兩相流數值模擬

姜水生，趙萬東，張瑩，李培生，王昭太，鐘源

（南昌大學機電工程學院，江西 南昌 330031）

孔隙尺度下超臨界CO2驅水兩相流數值模擬

姜水生，趙萬東，張瑩，李培生，王昭太，鐘源

（南昌大學機電工程學院，江西 南昌 330031）

以咸水層封存二氧化碳（CO2）為研究背景，利用流體體積函數（Volume of Fluid，VOF）多相流模型建立孔隙尺度多孔介質計算模型，研究了超臨界二氧化碳 （Sc-CO2）注入到含水多孔介質中的兩相運移規律。對比分析了毛細管數、地質封存壓力、Sc-CO2注射溫度、兩相表面張力系數、接觸角等因素對兩相運移速率以及驅替效率的影響，同時將不同毛細管數下的驅替效率與實驗數據進行了對比。研究結果表明，隨著毛細管數的增大，驅替效率先減小然后趨于穩定，數值模擬與實驗數據吻合良好；在同一孔隙率下，在壁面表現為親水性時，壁面潤濕性越好，驅替速率越快，但驅替效率有所下降；同時毛細管數越小、地質封存壓力越低、注射溫度越高、張力系數越小驅替速率越快，且驅替效率越高。

超臨界二氧化碳；咸水層封存；孔隙尺度；數值模擬；兩相流；毛細管數；接觸角

隨著溫室效應問題的日益嚴重，溫室氣體的排放與控制成為當今學者們研究的熱點。碳元素的捕集與封存（carbon capture and storage，簡稱CCS）[1-2]是減少溫室氣體的重要措施之一，而CCS中地質封存被認為是中短期內減少大氣中CO2含量的最有效方法之一。地質封存分為深部咸水層封存（簡稱鹽水層封存）[3-4]、枯竭油氣藏封存[5]以及不可開采的煤層封存，CO2封存示意圖如圖1所示。……