基于改进均质模型的深部咸水层CO₂封存热-流-力耦合效应研究

摘要

深部咸水层CO₂封存面临复杂的热-流-力耦合问题，已有研究在均质模型中对孔隙度、渗透率变化的动态响应考虑不足，且对超临界CO₂的密度和黏度参数在实际储层条件下的适用性缺乏进一步的修正.为弥补这些不足，本文提出一种改进的均质模型，在数学模型中添加动态孔隙度和渗透率，结合Peng-Robinson状态方程与Brokaw模型校正超临界CO₂在不同压力和温度条件下的密度和黏度特性.基于此改进模型，构建并验证了深部咸水层CO₂封存的数学模型，并在15 a模拟周期内探究了储层压力、温度、CO₂饱和度、孔隙度、渗透率及位移变形的变化规律.结果表明：改进模型能准确捕捉注入CO₂带来的压力升高与热交换效应，注入井周围及上方区域的压力、温度随时间呈现先下降后上升的趋势；CO₂饱和度呈梯度扩散分布，盖层底部CO₂累积导致孔隙度和渗透率减小；封存期间，储层垂向隆起的最大位移为0.283 m,主要受到压力引起的压实效应和温度导致的冷缩效应的共同作用，其中压实效应引起的隆起大于冷缩效应带来的沉降，使得整体位移表现为隆起，明确了压力和温度对于储层垂向位移的耦合主导性.与传统模型相比，改进后的模型更贴近真实储层的多场耦合效应.通过引入动态孔隙度和渗透率模型，更准确地反映了CO₂注入过程中压力的非线性变化、岩石热应力变化以及储层渗透性变化，可为提升CO₂封存效果提供理论支持.

关键词

深部咸水层 / CO₂封存 / 动态孔隙度和渗透率 / 数值模拟 / 耦合效应