👨🔬 作者及单位
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作者：Chawarwan Khan, Lei Ge, Victor Rudolph
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单位：澳大利亚昆士兰大学（University of Queensland）化学工程学院
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发表期刊：International Journal of Applied Science and Technology, Vol. 5, No. 4, August 2015
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文章类型：原创研究论文
📖 中文摘要（核心内容）
研究背景
将CO₂封存在地质构造中是应对温室气体排放最有前景的方法之一，咸水层因其巨大的封存容量、广泛分布以及与CO₂排放源的地理匹配性，成为重要的封存目标。CO₂在超临界状态（scCO₂）下具有高密度和高溶解度，适合在深度>800 m的咸水层中封存。
研究目标
本研究评估了不同条件下咸水层CO₂封存的可行性，使用组分油藏模拟器CMG-GEM模拟了10年注入期和数百至数千年注入后的CO₂演变过程，独立考察了不同敏感参数对各种封存机制的影响。
CO₂封存机制
| 机制 | 描述 | 时间尺度 | 安全性 |
|---|---|---|---|
| 构造封存 | scCO₂在盖层下聚集 | 短期 | 较低（有泄漏风险） |
| 残余封存 | scCO₂被毛细力捕获为孤立气泡 | 中期 | 中等 |
| 溶解度封存 | CO₂溶解于地层水 | 中-长期 | 较高 |
| 矿化封存 | CO₂与矿物反应生成碳酸盐沉淀 | 极长期（数千年） | 最高 |
主要结论
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溶解度封存受储层倾角和渗透率影响最大（倾角30°时溶解量增加16%）
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高盐度（250,000 ppm）使溶解度封存降低20.21%，增加构造封存风险
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残余封存与溶解度封存存在竞争关系：残余封存增加会减少CO₂与 brine 接触，降低溶解度封存
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滞后效应（hysteresis）有利于CO₂封存，可减少构造封存风险
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矿化封存在1000年后可封存约18.6%的注入CO₂，但伴随孔隙度（变化~0.07%）和渗透率（降低1.2 mD）的微小变化
🖥️ CMG软件应用情况总结
| 项目 | 说明 |
|---|---|
| 使用软件 | CMG-GEM（组分模拟器）、CMG-WinProp（流体物性）、CMG-Builder（地质建模） |
| 主要用途 | 模拟CO₂在咸水层中的注入与长期封存（构造、残余、溶解度、矿化四种机制） |
| 流体模型 | Peng-Robinson EOS（scCO₂性质）+ Henry定律（CO₂溶解度，盐度10,000 ppm） |
| 盐水性质 | Rowe & Chou (1970)密度关联式 + Kestin et al. (1981)黏度关联式 |
| scCO₂黏度 | Jossi, Stiel & Thodos (JST)关联式 |
| 滞后模型 | Land模型（残余气饱和度） |
| 地球化学 | 6种矿物（方解石、白云石、菱铁矿、高岭石、伊利石、石英、黑云母、钙长石）的溶解/沉淀动力学 |
| 网格系统 | 三维笛卡尔网格，单井中心注入（完井层8-10） |
| 注入条件 | 10年注入，速率89,200 m³/天，最大井底压力28,300 kPa |
| 模拟周期 | 200年（水动力）+ 1000年（地球化学） |
🧾 主要结论
敏感性分析结果（溶解度封存）
| 参数变化 | 溶解CO₂变化（vs 基准） |
|---|---|
| 水平渗透率 165 → 350 mD | +6% |
| Kv/Kh 165 → 10 mD | +7.07% |
| 孔隙度 0.21 → 0.15 | 初始降低，后期持平 |
| 扩散系数 | -0.62% |
| 盐度 10,000 → 250,000 ppm | -20.21% |
| 温度 45 → 35°C | -1% |
| 倾角 0 → 30° | +16% |
| 完井间隔 60 → 90 m | 基本持平 |
残余封存与滞后效应
| 方案 | 残余封存 | 溶解度封存 |
|---|---|---|
| 无滞后（Sgr=0.022） | 4.1% | 32.8% |
| 有滞后（Land模型） | 26.4% | 22.6% |
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滞后效应使残余封存增加，溶解度封存减少，但总封存量更安全（减少构造封存风险）
矿化封存（1000年后）
| 组分 | 占比 |
|---|---|
| 游离scCO₂（构造封存） | 24.7% |
| 残余封存 | 13.8% |
| 溶解度封存（溶解CO₂） | 33.3% |
| 水相离子（HCO₃⁻等） | 9.6% |
| 矿物沉淀 | 18.6% |
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矿物沉淀：方解石、白云石、菱铁矿
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孔隙度变化：~0.07%（降低）
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渗透率变化：降低约1.2 mD
📊 关键输入参数
| 参数 | 基准值 |
|---|---|
| 储层尺寸（x,y,z） | 3,000 × 3,000 × 300 m |
| 网格数 | 30 × 30 × 10 |
| 孔隙度 | 0.21 |
| 水平渗透率 | 165 mD |
| 垂直渗透率 | 165 mD（基准） |
| 储层深度 | 2,800 m |
| 初始压力 | 28,000 kPa |
| 温度 | 45°C |
| 盐度 | 10,000 ppm |
| 残余水饱和度 | 45% |
| 残余气饱和度（基准） | 0%（最坏情况） |
📚 关键词（中文）
CO₂封存、咸水层、溶解度封存、残余封存、矿化封存、滞后效应、CMG-GEM、地球化学、矿物沉淀、敏感性分析
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