摘要：本研究旨在解释二氧化碳气流中杂质（甲烷和氮气）对以下方面的影响：（1）羽流扩散；（2）主要封存机制的速率和范围；（3）二氧化碳储存容量；以及（4）井注入性。注入气流的基础案例由95%的二氧化碳、2.5%的甲烷和氮气组成。我们改变了二氧化碳的摩尔分数，从75%到100%，定义了三个边界情况：CO2BC（含100%二氧化碳）、CH4BC（含75%二氧化碳和25%甲烷）和N2BC（含75%二氧化碳和25%氮气）。在对气流成分进行参数研究时，我们定义了一个简单的通用储层，其渗透率为300毫达西，倾角为2度，孔隙度为25%。该模型在倾角方向上包含120个长300英尺的单元格，并且还包括四个隔板，在其顶部和底部平行方向上没有渗透率。气体在单井中以约6000英尺深度和26百万标准立方英尺/天（相当于纯二氧化碳每年0.5百万吨）的速率注入30年，该井位于模型下倾部分，在注入地层1000英尺厚度的下三分之一处射孔。温度保持恒定在135华氏度。自开始注入后，结果通过数值方法监测1000年。建模使用CMG-GEM软件完成，并采用了一组用户定义的PVT性质。还对重要模型参数进行了敏感性分析，以评估它们相对于参数研究结果的重要性。
本研究仅考虑受注入气流成分影响较大的两种封存机制（残余饱和度和盐水溶解）。羽流扩散或最大范围是成分的强函数。最大范围从CO2BC的10,350英尺变化到CH4BC（22,250英尺）和N2BC（24,250英尺）的距离超过两倍，并且中间值近似线性变化。同样，羽流到达地层顶部的时间从N2BC的14年变化到CH4BC的18年再到CO2BC的60年。气体成分之间的主要差异是其在盐水中的溶解度——按摩尔计，二氧化碳的溶解度大约是甲烷和氮气的10倍。浮力驱动力（表示为气体-盐水密度差与气体粘度之比）在CH4BC和N2BC情况下也大约高四倍，随着二氧化碳溶解导致甲烷和氮气比例增加，该比率持续上升。
因此，富含甲烷和/或氮气的羽流将比单一成分的二氧化碳羽流传播得更远更快。自开始注入后1000年，CH4BC和N2BC情况下的所有气体均已固定，而CO2BC情况下的固定量仅为85%。从风险角度看，这些结果意味着注入杂质有助于更快地固定羽流，但羽流会传播得更远。此外，储存容量分析还表明，含有甲烷/氮气的系统能更快地捕获二氧化碳。即使注入的二氧化碳较少，这些系统中被捕获的二氧化碳也更多。只有在开始注入后100至200年内，纯二氧化碳系统才能在给定距离内确保更大数量的非移动二氧化碳。在恒定压力下，75%二氧化碳与25%甲烷或氮气混合物的总注入量约为100%二氧化碳气流的80%。对渗透率、孔隙度、倾角和其他参数的敏感性分析表明，注入气流成分主导系统行为。我们还使用了来自墨西哥湾沿岸典型实际油田的数据，其模拟结果与通用案例相似，证实了通用模型捕捉到了系统的总体行为。
