基于VOF方法的超临界二氧化碳—水两相流动孔隙尺度数值模拟

摘要：

二氧化碳(CO2)捕集与封存技术有利于减少CO2的排放量,近年来针对CO2地质封存形成了从纳米尺度到油气藏尺度的大量研究成果,大多数研究只针对单一维度多孔介质中流动行为开展研究,且物理实验方法受许多不确定性因素影响,十分耗费时间和成本.为了从微观角度深入理解CO2地质封存过程中的渗流行为,提高CO2地质埋存量,基于追踪两相界面动态变化的VOF(Volume of Fluid)方法,分别建立了2D和3D模型,开展了超临界CO2-水两相流动数值模拟研究,对比了不同润湿性、毛细管数、黏度比条件下的CO2团簇分布特征、CO2饱和度变化规律,揭示了孔隙尺度CO2埋存的内在机理.研究结果表明:①随着岩石对CO2润湿性增加,CO2波及范围扩大,同时CO2团簇的卡断频率减少,CO2埋存量增加;②随着毛细管数的增加,驱替模式由毛细指进转变为稳定驱替,CO2埋存量增加;③随着注入超临界CO2黏度逐渐接近水的黏度,两相流体之间的流动阻力降低,促进了"润滑效应",CO2相的渗流能力提高,CO2埋存量增加;④润湿性、毛细管数、黏度比在不同维度多孔介质模型中对CO2饱和度的影响程度不同.结论认为,基于VOF方法的CO2-水两相渗流模拟研究在孔隙尺度上揭示了CO2地质封存过程中的渗流机理,对CCUS技术的发展有指导意义,也为更大尺度的CO2地质封存研究提供了理论指导和技术支撑.

关键词：VOF方法、两相流、孔隙尺度模拟、CO2地质封存、复杂多孔介质、润湿性、黏度比、毛细管数

所属期刊栏目：43

分类号：TQ325.14;TE312;TQ028.32

资助基金：国家自然科学基金;超深特深层油气钻采流动调控

在线出版日期：2023-04-14（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共9页

页码：69-77