【学术成果】张立松教师团队在CO2地质封存及泄漏机理评价研究方面取得新进展

    近日，我院张立松副教授团队在CO₂地质封存及泄漏机理评价研究方面取得新进展，相关研究成果《A comprehensive analysis to illustrate complex migration behaviors of fluid along fault for CO₂ geological storage》、《A new salt-precipitation-based self-remediation model for CO₂ leakage along fault during geological CO₂ storage》发表在《Energy》；《Effect of layered heterogeneity in saline aquifers on geological CO₂ storage》发表在《Fuel》。其中，《Energy》是能源研究领域的国际顶尖期刊（SCI一区TOP），《Fuel》是能源研究领域的国际著名期刊（SCI 二区TOP）。论文第一作者为张立松老师，中国石油大学为第一署名单位。该研究得到山东省自然科学基金项目、中央高校基本科研业务费专项资金联合资助。

   （1）CO₂地质封存中流体沿断层的复杂运移行为分析

   为了研究CO₂封存中沿断层的流体运移行为，建立了包含两条断层的三维数值模型，并根据沿断层的流体泄漏速率将过程划分为六个阶段：阶段1盐水沿断层A向上外逸，同时淡水沿断层B向下流失；阶段2盐水沿两条断层向上外逸，淡水仍沿断层B向下流失但逐渐消失；阶段3盐水沿两条断层大量向上外逸，淡水不再向下流失；阶段4 CO₂沿断层A向上泄漏，盐水仍沿两条断层向上外逸；阶段5淡水流失再次出现，盐水外逸逐渐减少；阶段6 CO₂沿断层A泄漏且淡水沿两条断层向下流失，盐水不再外逸。

   （2）CO₂地质封存流体沿断层泄漏的盐析自修复模型

    断裂带中因CO₂与盐水共同泄漏引发的盐析现象，为阻断断层CO₂泄漏创造了契机（即基于盐析的自修复模型）。为研究此模型，构建了考虑CO₂-盐水沿断层共泄漏的盐析物理模型，建立了相应的盐析理论模型，并开发数值模型验证断裂带盐析的发生。数值结果明确显示：断裂带确实发生盐析，且盐析后CO₂泄漏速率显著降低；关键发现包括：从共同泄漏视角揭示了断层盐析的演化规律，并利用盐析起始时间、结束时间、持续时间及固体饱和度等代表性参数量化了盐析程度；证实了基于盐析的CO₂泄漏自修复模型切实可行——其修复能力与盐析程度（或持续时间）紧密相关，可通过盐析前后CO₂泄漏速率的降低幅度来评估。

   （3）盐水层分层非均质性对CO₂地质封存的影响机制

    薄互层（砂岩泥岩交替）构成的盐水层非均质性对CO₂封存至关重要。为探究其影响，建立了CO₂封存数学模型，构建了考虑薄互层结构的层状非均质数值模型。结果表明：1）单层均质模型的最大CO₂饱和度（0.484）高于层状非均质模型（0.423），但非均质模型的溶解CO₂最大质量分数（0.0547）高于均质模型（0.0539）；因泥岩夹层作用，非均质模型中气相CO₂平均分布于各砂岩层（砂岩层1至6质量分别为6.04、4.83、4.91、4.94、4.96和5.00百万吨），有利于封存；2）单层均质模型最大压力为25.8 MPa，非均质模型达27.8 MPa（增幅约7.75%）；盐水产出对降压作用显著—非均质模型考虑生产井时最大压力由41.9 MPa降至27.8 MPa，均质模型则从36.4 MPa降至25.8 MPa；3）单层均质模型气相CO₂封存量为37.36百万吨，非均质模型为35.27百万吨（减少2.09百万吨）；但非均质模型的溶解CO₂占总CO₂质量比（25.53%）显著高于均质模型（21.18%）。