裂缝对咸水层内CO₂对流混合特性的影响

摘要

裂缝作为咸水层CO₂封存过程CO₂主要的快速运移与逃逸通道，现有研究重点关注裂缝特征形态及化学反应对CO₂对流混合的影响，但对于CO₂溶解封存过程每个阶段的具体作用机制仍不明确.本文分析了裂缝性咸水层CO₂溶解过程对流混合特征，揭示了裂缝宽度、倾角与组合特征对CO₂运移的作用机制，进一步探究了具有离散裂缝网络的较大尺度咸水层内CO₂迁移行为.结果表明：（1）分布于咸水层中部的裂缝对CO₂对流混合的影响存在时间尺度的双重作用，较短时间内可增强裂缝上方部位低密度盐水回流上升作用，抑制CO₂纵向运移，而长时间内则可作为CO₂快速运移通道，促进CO₂溶解封存，提高咸水层CO₂溶解封存能力，相对于不含裂缝咸水层，裂缝宽度为0.1 mm情况下，CO₂溶解封存量可显著提高11.03%，且随裂缝宽度增加而增加；（2）咸水层CO₂对流混合过程可划分为CO₂快速运移、相对稳定运移与减速运移三个阶段，裂缝倾角与组合特征影响CO₂运移路径与盐水回流发生位置及强度；（3）对于较大尺度的裂缝性咸水层，高度发育的相交裂缝作为CO₂优势运移路径，可增强裂缝欠发育区域或孤立缝区域的回流作用，也可加快CO₂运移至咸水层深部，强化CO₂溶解封存.本研究有助于提高裂缝性咸水层中CO₂运移–封存机制的认识.

关键词

裂缝性咸水层 / CO₂溶解封存 / 对流混合特性 / 离散裂缝网络 / 回流

基金资助

国家自然科学基金资助项目（42407065）; 江苏省基础研究计划自然科学基金资助项目（BK20230647）; 江苏省高等学校自然科学研究面上资助项目（23KJD610001）