基于有限元数值模拟的地质封存CO_(2)运移行为预测方法

针对注入咸水层CO_(2)运移特征预测的工程需求,基于COMSOL Multiphysics平台建立了矿藏尺度的咸水层CO_(2)地质封存有限元数值模型,探讨了地层孔隙度、温度及CO_(2)注入流量等因素对咸水层中CO_(2)运移行为的影响规律,开发了可移植使用的仿真软件,最终形成了一种基于有限元数值模拟的地质封存CO_(2)运移行为预测方法;以中国神华集团咸水层二氧化碳捕集与地质封存项目中的石千峰地层为例,开展了有限元数值建模、CO_(2)运移行为影响因素和影响规律研究;研究结果表明:1)在CO_(2)注入阶段的前期,CO_(2)沿着近似水平方向运移并在注入井周围形成高压区域;随着CO_(2)的持续注入,CO_(2)在咸水层中的分布区域逐渐形成上宽下窄的“舌状”,咸水层压力有所降低;在CO_(2)停注后,咸水层的压力逐渐降低至原地层压力水平,出现咸水反向驱替CO_(2)的现象;2)随着地层孔隙度的减小,CO_(2)注入咸水层后地层压力呈指数增长趋势,孔隙度的改变影响CO_(2)的运移形态;在CO_(2)停注后,随着咸水层孔隙度的增大,咸水的反向驱替现象愈加明显,咸水层顶部的CO_(2)堆积量增加;3)地层温度的升高增强了咸水的反向驱替作用,CO_(2)运移时“舌状”区域的边界倾角随之增大,咸水层顶部的CO_(2)侧向分布范围逐渐扩大;4)CO_(2)的扩散范围随注入流量的增加而扩大;注入流量相同的条件下,CO_(2)的扩散速率随时间的推移而降低;在CO_(2)停注后,注入流量越低反向驱替现象越明显;5)所开发的仿真软件具有数值模型建立、仿真数据分析等功能模块,测试结果表明了软件的可用性;研究成果可为CO_(2)地质封存点的选址、注入条件优化、泄漏监测提供理论和模型基础。

井间ERT监测数据远程传输与数据处理平台设计与开发

针对CO_(2)地质封存过程中井间ERT监测数据处理的需求设计并开发了监测数据综合处理平台;采用4G网络实现了监测数据从现场到监控中心的远程传输,利用MySQL开发了存储监测数据信息和用户信息的数据库,基于有限元法和线性反投影法实现了井间ERT图像重建算法,基于B/S架构和MVC设计模式开发了Web软件;该平台具有监测数据远程传输模块、数据存储模块、基于井间ERT的CO_(2)饱和度成像模块、账户管理模块和CO_(2)封存状态显示模块,可实现监测数据自动远程传输、存储、处理、展示等功能,远程用户登录该平台可对地质封存过程中CO_(2)运移状态进行动态实时监测和历史状态查询;实验室内模拟测试结果表明了各功能模块均可正常运行,从而验证了所开发数据处理平台的可用性。

井间ERT电极阵列优化及监测实验系统设计与开发

为了开发用于地层中CO_(2)运移监测的井间ERT系统,研究了ERT电极阵列和工作模式优化设计方法并研制了井间ERT监测模拟实验系统;基于COMSOL平台构建了模拟井间ERT测量响应的有限元数值模型,利用数值模型分析了电极间距和宽度等参数对监测区域电场灵敏度的影响规律以及不同电极阵列工作模式下场域灵敏度的分布特征,确定了井间ERT实验系统中最优的电极参数,即电极间距、宽度与监测范围的比值分别为0.200、0.025,电极阵列的工作模式为AM-BN;在对实验系统进行功能需求分析、总体设计以及上述优化设计的基础上,分别对系统硬件部分和软件部分进行了开发,采用多路切换开关并配合精密电桥仪实现了对电阻抗参数的测量,利用以LabVIEW为平台开发的测控软件实现了对实验系统的自动化控制;以埋放绝缘物体来模拟注入地层CO_(2)的方式开展了实验测试,结果显示测量到的电阻抗数据可以灵敏地反映出监测区域电参数的变化且能够用于定位绝缘物体的位置,从而验证了所开发系统的可用性;所建立的电极阵列优化设计方法以及开发的井间ERT监测模拟实验系统为下一步深入研究基于复电导率参数的CO_(2)饱和度评价模型和开发现场适用的井间ERT监测系统提供了实验平台。