The effect of faults on dynamics of CO2 plumes
摘要：目标储层中注入的CO₂会由于地质异质性和浮力通过渗透路径继续迁移。这种运动驱动盐水的逆流，从而增加残余相捕集。本模拟研究的目的是了解地质结构（尤其是断层）对浮力驱动的CO₂羽流动态行为及残余捕集量的影响。我们研究了具有不同断层特性（导通型与封闭型、相对于倾角的角度、距初始羽流位置的距离）的2D和3D储层中CO₂羽流的行为（速度、方向、位移前锋处的饱和度、残余相捕集）。
在CO₂羽流进入含水层的断层影响区域之前，储层特性决定了羽流行为。基于Buckley-Leverett理论估算羽流运动的解析方法与模拟结果吻合良好；因此，它能够解释这种简化储层模型（均质、各向异性且倾斜）中CO₂羽流的基本行为。如果羽流在储层内遇到断层，断层可能为迁移创建新的虚拟源（羽流/断层交点处的CO₂积聚），并导致更复杂的流体运动，包括逆流和/或溶解。
封闭断层作为CO₂羽流的另一个边界，将含水层分为两部分：断层独立区和断层依赖区。解析解可以预测第一区CO₂羽流的特性，但由于逆流而无法预测第二区。在断层倾斜和倾角下降两种情况下，由于各向异性导致主导平行迁移，CO₂会沿断层积聚。积聚持续到饱和度接近由相对渗透率曲线决定的端点（形成虚拟源），然后CO₂沿断层向上迁移。根据Land模型，气体入侵时达到的气体饱和度越高，水入侵时的残余气体饱和度就越大。因此，储层中迁移的CO₂羽流的饱和度将决定残余饱和度捕集的效率。另一方面，导通断层作为迁移的新通道，可能导致CO₂向储层顶部边界（倾斜断层）大量泄漏，或增加CO₂羽流的宽度（倾角下降断层）。在后一种情况下，CO₂羽流穿过更大面积，从而提高残余饱和度捕集的效率。为了理解断层储层中CO₂行为（尤其是逆流）的动力学，我们分析了CO₂和盐水两相的流动矢量，这解释了由于结构异质性导致的CO₂相积聚和/或泄漏过程。
德克萨斯大学奥斯汀分校
