地质封存条件下CO2-盐水体系的基础物性测试与研究

将CO2进行地下盐水层储存，是减少CO2向大气排放的有效途径之一。超临界CO2盐水溶液的密度、溶解度等基础物性是CO2地下储存研究的基础，而这方面的数据和模型国内外都比较缺乏且精度无法满足CO2埋存的需求。本项研究以CO2地下盐水层封存为背景，拟开发基于磁悬浮天平的CO2溶液基础物性测试技术，在实验室模拟地质封存条件303-423K、10-20MPa，对CO2盐水溶液的密度、溶解度等基础物性进行精确的实验测量，获取系统的实验数据，并进一步分析温度、压力、CO2质量分数、盐离子种类和浓度等对CO2盐水溶液基础物性的影响。在实验数据的基础上，研究CO2盐水溶液中CO2、水、盐之间的相互作用，引入SAFT状态方程建立地下盐水层CO2溶液密度、溶解度的理论模型，为CO2地质封存过程中流体的运动规律分析以及安全性评估提供支持，对CO2地质封存研究具有重要意义。

近年来由于全球对化石燃料的严重依赖，大气中主要温室气体CO2的质量分数不断增加，导致全球气温的急剧上升，所引发的温室效应受到了广泛关注。将CO2进行地下盐水层储存，是减少CO2向大气排放的有效途径之一。本项目基于高精度的Rubotherm磁悬浮天平搭建了溶液物性测量实验平台，并确定了系统的实验方案；利用上述实验平台系统测量得到了实际地质封存条件下CO2溶解于地下盐水后的溶液密度变化数据，建立了CO2天津地区盐水溶液的状态方程；并对储层条件下CO2在盐水中的溶解度进行了测量，发现CO2在盐水中的溶解度随着压力的增加而增加，随着温度的降低而增加，因此冷盆的储层条件对于提高CO2的封存量更加有利。另外，温度和压力的升高对CO2在盐水中的溶解度影响越来越小。利用磁悬浮天平实验平台系统测量了CO2-H2O-NaCl体系的密度，并进一步分析温度压力、CO2质量分数、盐离子浓度等对CO2盐水溶液基础物性的影响。首次通过实验验证了等密度温度这一现象，即当温度高于一定值时，溶液密度会随着CO2的溶解而降低，这对于CO2的安全封存是不利的，因此在选择封存地址时要优先选择冷盆地。根据实验数据，研究CO2盐水溶液中CO2、水、盐之间的相互作用，建立了改进的地下盐水层CO2溶液基础物性SAFT模型，模型精度得到了有效提高，为CO2地质封存过程中流体的运动规律分析以及安全性评估提供支持，对CO2的地质封存研究具有重要意义。