含盐水微细多孔结构对超临界CO2的物理捕获和溶解捕获过程的机理研究

含盐水微细多孔结构对超临界CO2的物理捕获与溶解捕获过程是CO2地质封存过程中重要的基础性问题，其物理捕获和溶解捕获机理以及孔隙结构的不均匀性对于捕获的影响规律还需进一步研究。本项目拟以类似于实际封存地质结构的微细多孔结构为研究对象，通过可视化实验研究和理论分析，进一步深入了解和掌握含盐水微细多孔结构对超临界CO2的物理捕获和溶解捕获的机制，深入揭示浮升力和毛细力对物理捕获的影响规律，建立相应的物理模型；探索出考虑实际孔隙结构影响的、基于孔隙尺度的含盐水微细多孔结构对超临界CO2物理捕获和溶解捕获过程中的流动和传质数值模拟方法及宏观模型；通过实验研究和数值模拟的结合，深入揭示超临界CO2物性参数、含水层结构以及盐水相关参数对于物理捕获和溶解捕获的影响规律。为我国进一步开展CO2大规模地质封存的整体数值模拟和CO2地质封存示范项目的选址和参数设计提供理论基础和技术依据。

随着近年来CO2捕集和封存作为一种大规模减排CO2的技术受到越来越广泛的重视，对于CO2封存过程中涉及的流动、运移以及封存机理问题需要开展更加广泛和深入的研究。本项目采用实验研究、数值模拟与理论分析相结合的研究方法，对超临界CO2和水在多孔介质中的运移规律进行了研究，旨在深入认识CO2咸水层封存过程中的封存机理，为大规模CO2实际地质封存提供相应的理论支持。. 本项目采用实验方法从岩芯尺度研究了超临界CO2和水在多孔介质中的迁移和分布规律，并研究了非均质性对于超临界CO2和水在多孔介质中的迁移和分布规律的影响。结果表明：采用核磁共振通过T2成像和局部横向弛豫方法可以分析实验段的孔隙分布。采用三维成像方法研究了孔隙大小和非均质性对于超临界CO2和水驱替规律的影响。对于水的相对渗透率来说，左右非均质实验段高于小颗粒均质实验段，而小颗粒均质实验段高于上下非均质实验段。 . 实验研究从岩芯尺度和接近于孔隙尺度研究了超临界CO2和水在多孔介质中的迁移规律，孔隙尺度数值模拟可以更加深入地分析超临界CO2的迁移机理。项目发展了多孔介质孔隙尺度两相流动数值方法，从孔隙尺度研究了温度和压力等参数对于突破压力梯度和相对渗透率的影响。研究表明：压力越大，超临界CO2的相对渗透率越大。采用构造模拟真实结构的方法研究了注入速度、进出口压差、接触角、压力和温度对于超临界CO2和水在多孔介质中的迁移和分布规律的影响。. 当二氧化碳注入地层后，矿化俘获是最安全的俘获机理。作为控制矿化反应的重要参数，化学反应表面积显著影响矿化俘获的发生和反应量，影响二氧化碳的长期封存。本项目对于CO2地质封存过程中的化学俘获进行了初步研究。研究表明，CO2矿化俘获量随着斜长石和方解石的化学反应表面积的减少而减少，各向异性将影响盖层下的CO2饱和度。. 本项目在三年执行期内，按照任计划书要求完成了相关工作。在项目资助下发表（含已接收）学术论文7篇，其中SCI数据库收录论文3篇，EI数据库收录4篇。作为核心编写成员，参与编写CO2地质封存相关书稿两部，并作为主要人员参与编写中国CCUS技术发展路线图。积极参加国际国内会议，并开展国际合作和交流，参加碳封存领导人论坛（CSLF）技术工作组会议，并作为中国代表参加技术组讨论。培养博士生两名和硕士生一名。