基于数值模拟的咸水层CO2封存地质-工程参数敏感性研究OA
Sensitivity analysis of geological and engineering parameters for CO2 storage in saline aquifers based on numerical simulation
目的 针对咸水层CO2封存过程中多种封存方式协同机理不明和地质、工程参数敏感性问题,开展CO2-咸水-岩体系下储层孔渗和不同封存方式协同演化规律研究.方法 采用TOUGHREACT软件ECO2N模块,以淮南煤田顾北煤矿奥陶系马家沟组咸水层为研究对象,开展为期100 a(注入期10 a)的数值模拟研究.通过参数敏感性分析,揭示关键地质(储层各向异性、盐度)、工程(CO2 注入速率)因素对深部咸水层CO2 不同封存方式下的封存效果影响.结果 结果表明:模拟周期内,CO2羽流最大扩展半径约1 000 m;CO2注入导致注入井周围pH降至 5.36,白云石等矿物溶解,释放的Mg2⁺抑制方解石沉淀,间接促进溶蚀,孔隙度提升 0~0.52%,渗透率提升0~1.6%;构造封存为主要封存形式,束缚、溶解和矿化封存分别占16.9%,3.9%,0.5%;敏感性分析表明,CO2注入速率越大,其封存量越大;咸水层初始盐度越大,浮力效应越明显,构造封存量越大,但盐析效应会抑制溶解封存效果;水平与垂向渗透率比值kh/kv从1增至100,束缚和溶解封存量分别提升43.1%和34.3%,kh/kv增大影响CO2 分布与赋存状态,促使封存方式由构造主导向物理-化学协同转化.结论 深部咸水层CO2 封存以构造封存为主导,地球化学作用通过矿物溶解-离子迁移-沉淀循环转化影响孔渗结构,储层各向异性、咸水盐度、CO2注入速率可通过调控流体运移路径和相态分布优化不同封存方式下封存效果.
Objectives This study is conducted to investigate the coupled evolution of reservoir porosity-permeability and multiple CO2 trapping mechanisms in the CO2-brine-rock system,with the unclear syner-gistic mechanisms among different trapping methods and the sensitivity of key geological and engineering parameters during CO2 sequestration in saline aquifers being addressed.Methods A 100-year numerical simulation(including a 10-year injection period)is performed using the TOUGHREACT software with the ECO2N module.The model is applied to the deep saline aquifer of the Ordovician Majiagou Formation in the Gubei Mine of the Huainan Coalfield.Furthermore,a parameter sensitivity analysis is designed to fur-ther elucidate the influence of key geological(reservoir anisotropy,salinity)and engineering(CO2 injec-tion rate)factors on the efficiency of these CO2 trapping mechanisms.Results Results demonstrate that the maximum lateral extent of the CO2 plume reaches approximately 1000 meters over the simulation period.CO2 injection reduces pH to 5.36 near the injection well,leading to the dissolution of dolomite,which re-leases Mg²⁺ and inhibits calcite precipitation.This indirectly enhances dissolution processes,resulting in porosity and permeability increases of 0~0.52%and 0~1.6%,respectively.Structural trapping is identified as the dominant mechanism,followed by residual(16.9%),solubility(3.9%),and mineral trapping(0.5%).Sensitivity analysis indicates that higher CO2 injection rates enhance the overall storage capacity.Greater initial brine salinity intensifies buoyancy-driven migration,thereby increasing structural trapping,while salt-out effects suppresse solubility trapping.When the horizontal-to-vertical permeability ratio(kh/kv)increases from 1 to 100,residual and solubility trapping rise by 43.1%and 34.3%,respectively.An in-creased kh/kv ratio alters CO₂ distribution and phase partitioning,shifting the dominant trapping mecha-nism from structural dominance to a combination of physical and geochemical processes.Conclusions Struc-tural trapping is confirmed as the primary mechanism for CO2 sequestration in deep saline aquifers.Geo-chemical reactions influence the porosity-permeability structure through a cycle of mineral dissolution,ion migration,and precipitation.Reservoir anisotropy,brine salinity,and CO2 injection rate can be optimized to regulate fluid flow pathways and phase distribution,thereby enhancing the storage effectiveness of mul-tiple CO2 trapping mechanisms.
张贺龙;刘世奇;田钰琛;王文楷;桑树勋;郑司建;李兵;陈永春
中国矿业大学 资源与地球科学学院,江苏 徐州 221116||中国矿业大学 江苏省煤基温室气体减排与资源化利用重点实验室,江苏 徐州 221008||中国矿业大学 煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室,江苏 徐州 221008中国矿业大学 资源与地球科学学院,江苏 徐州 221116||中国矿业大学 江苏省煤基温室气体减排与资源化利用重点实验室,江苏 徐州 221008||中国矿业大学 煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室,江苏 徐州 221008中国矿业大学 资源与地球科学学院,江苏 徐州 221116||中国矿业大学 江苏省煤基温室气体减排与资源化利用重点实验室,江苏 徐州 221008||中国矿业大学 煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室,江苏 徐州 221008中国矿业大学 资源与地球科学学院,江苏 徐州 221116||中国矿业大学 江苏省煤基温室气体减排与资源化利用重点实验室,江苏 徐州 221008||中国矿业大学 煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室,江苏 徐州 221008中国矿业大学 资源与地球科学学院,江苏 徐州 221116||中国矿业大学 江苏省煤基温室气体减排与资源化利用重点实验室,江苏 徐州 221008||中国矿业大学 煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室,江苏 徐州 221008中国矿业大学 江苏省煤基温室气体减排与资源化利用重点实验室,江苏 徐州 221008||中国矿业大学 碳中和研究院,江苏 徐州 221116淮南矿业(集团)有限责任公司,安徽 淮南 232001||平安煤炭开采工程技术研究院有限责任公司,安徽省煤矿绿色低碳发展工程研究中心,安徽 淮南 232033淮南矿业(集团)有限责任公司,安徽 淮南 232001||平安煤炭开采工程技术研究院有限责任公司,安徽省煤矿绿色低碳发展工程研究中心,安徽 淮南 232033
天文与地球科学
咸水层封存地质-工程参数封存方式地球化学作用敏感性分析
saline aquifer storagegeological and engineering parameterssequestration methodsgeochemi-cal interactionssensitivity analysis
《河南理工大学学报(自然科学版)》 2026 (1)
49-59,11
国家重点研发计划项目(2024YFB4106300)
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