摘要：本研究的中心目标是提高对氢气（H2）在含有二氧化碳（CO2）垫气的地下多孔介质中储存期间的流动行为的理解。在本研究中，我们研究了驱动流动行为的各种因素之间的相互作用，包括底层渗透率的非均质性、粘度不稳定性以及粘滞力和重力之间的平衡。特别是，我们研究了CO2在水中的溶解度对H2纯度水平的影响。这一效应首次在氢气储存环境中得到证明。我们以十分精细的网格尺寸（0.1 m），在分米尺度上进行了一系列2D垂直截面模拟，以详细捕捉流动行为。这是因为在这种尺度下，注入流体和天然流体之间的大部分混合发生在物理多孔介质中。
研究发现，CO2溶解度可能对H2回采有不同的（积极和消极）影响（即，对产出H2的纯度），具体取决于系统中的流态。在以粘性为主的区域，在注氢期间，粘性较小的H2可能渗入并绕过CO2垫气。由于之前绕流的CO2的合采，这导致在采出H2时，H2纯度迅速大幅降低。有趣的是，考虑到CO2在水中的溶解度，H2中的杂质水平要低得多。这是因为绕流的CO2会重新溶解到绕过区域周围的水中，这会大大阻碍CO2向生产井的运移。在重力主导的情况下，H2聚集在模型顶部，以几乎活塞式的方式置换底层垫气。在这种以重力为主的情况下，约58%的H2可以在纯度高于98%（ISO规定的燃烧要求）的情况下回采。然而，当考虑CO2溶解度时，H2采出效果略有下降。这是因为在注入H2期间，溶解的CO2也会逐渐蒸发，这会导致CO2和H2混合区的扩大。这反过来又会缩短回采生产期间H2纯度高（>98%）的时间。
Fig. 1. The correlated heterogeneous permeability field used in this work.
Fig. 10. Gas saturations and mole fractions of H2 at the end of each cycle of the base model without CO2 solubility (Case E at the top) and the case with CO2 solubility (Case F at the bottom).