在二氧化碳地質利用與封存（CCUS）技術類別中，二氧化碳強化鹹水開採（CO2-EWR）技術可以實現大規模的二氧化碳深度減排。中國適合CO2-EWR技術的盆地分布面積大，碳封存潛力巨大。揭示二氧化碳注入到儲層中的運移特徵和封存規律對CO2-EWR儲層儲量預測以及碳封存體安全性評估有重要意義。實際的砂岩目標儲層中常常出現單層或多層粘土夾層，對地下流體的運移具有不可忽視的影響，揭示複雜粘土夾層對二氧化碳運移特徵的影響對CO2-EWR儲量評估和場地安全性評價十分重要。
為此，中國科學院武漢岩土力學研究所二氧化碳地質封存研究團隊採用X射線計算機斷層掃描成像（X-CT）岩心驅替實驗技術結合數值模擬方法對複雜粘土夾層對二氧化碳運移特徵的影響開展研究。科研人員開展二氧化碳驅飽和砂岩中鹹水實驗並利用X-CT實時監測二氧化碳運移過程；利用CT圖像得到孔隙度分布特徵，並利用有限元數值方法建立計算模型；通過數值模擬進一步揭示實驗過程二氧化碳的運移機理。研究表明，粘土夾層對二氧化碳的運移起到分流和屏障的作用；複雜粘土夾層與流體注入方向形成的楔形區域引起二氧化碳的聚集效應。該試驗可為CO2-EWR儲量評估和場地安全性評價提供基礎分析參數和尺度泛化模型。
研究工作得到國家自然科學基金以及岩土力學與岩土工程國家重點實驗室開放基金的資助。
圖1.CO2驅替含複雜粘土夾層砂岩中的鹹水過程中CO2飽和度分布圖
圖2.孔滲建模流程圖
圖3.驅替過程中CO2飽和度實驗結果和模擬結果對比圖
來源：中國科學院武漢岩土力學研究所
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