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碳封存是一種有效緩解全球氣候變化的地質工程技術，是實現“碳達峰、碳中和”這一戰略目標的兜底技術。二氧化碳注入到儲層后會引起地下儲層有效應力變化，從而導致儲層孔滲特性變化，最終導致二氧化碳的運移規律和驅替效率發生改變。研究儲層孔滲特性在不同有效應力狀態下的變化規律，揭示二氧化碳在不同有效應力狀態下的運移特征對精細評估儲層儲量和封存安全有重要意義。
針對這一問題，中國科學院武漢巖土力學研究所二氧化碳地質封存研究團隊通過孔滲測量分析、核磁共振驅替實驗以及數值模擬方法進行深入研究。首先，利用自主研制的孔滲測量裝置研究實驗砂礫巖樣品在不同有效應力下的孔滲變化規律；接著，利用核磁共振驅替系統研究巖樣在設定有效應力狀態下二氧化碳的運移特征，并利用有限元方法建立計算模型進行數值分析；最終，利用數值模擬進一步揭示巖樣在不同有效應力狀態下二氧化碳在其內部的運移規律。室內實驗和數值模擬結果表明：隨著有效應力增加，巖樣的孔隙度和滲透率先快速減小再緩慢降低最終趨于穩定；隨著有效應力增加，二氧化碳的運移速度降低，但路徑上的二氧化碳飽和度有所提高。
本研究成果得到國家自然科學基金（資助號：41872210和41274111）及國家重點實驗室開放基金（資助號：Z017002）共同資助。相關論文已經發表在國際溫室氣體領域學術期刊Greenhouse Gases: Science and Technology。
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/ftr/10.1002/ghg.2043
圖1 巖心孔隙度和滲透率隨有效應力演化規律
圖2 咸水飽和度分布的模擬與實驗結果對比圖
圖3 不同有效應力狀態下巖心內部二氧化碳沿注入方向飽和度分布圖
（文/圖 二氧化碳地質封存組）