新聞科研進展
二氧化碳捕集、利用與封存（CCUS）技術作為一種大規模溫室氣體減排技術，有望成為未來我國實現碳中和的重要選項之一。CO2地質封存目標儲層深度較大，CO2沿井筒注入或泄漏過程中溫度壓力變化幅度大，這可能導致CO2發生相變，進而影響注入或泄漏特征，但目前在二氧化碳地質封存領域仍然缺乏考慮CO2相變過程的井筒-儲層全耦合數值模擬研究。
為此，中國科學院武漢巖土力學研究所科研人員以國內首個CO2深部咸水層封存全流程示范工程——神華CCS示范工程具體工程及地質條件為研究對象（圖1），采用改進的可描述CO2-H2O系統相變過程的井筒-儲層耦合模擬器T2Well/ECO2M，首先對注入過程中井筒-儲層系統內的流體行為進行了分析，然后對井口實施定壓邊界以模擬井口閥門失效情況，分析了這種假定情況下CO2-水混合物沿井筒油管泄漏的行為特征。研究結果表明：在間歇注入過程中的停注期，井筒溫度在圍巖熱傳導作用下增大，而壓力在儲層調節作用下降低，導致深度約300m以上井筒內的液相CO2發生了氣化（圖2），但由此導致的溫度壓力變化有限；受控于儲層滲透率及其初始和邊界壓力分布條件，儲層中CO2沿注入井油管的泄漏過程表現出自限制特征，即泄漏發生到一定程度后自行停止（圖3a）；在泄漏過程中，井筒-儲層系統中的液相或超臨界CO2發生了氣化（圖3b），這一相變過程促進了泄漏的進行；由于儲層壓力不平衡，停注期間及泄漏停止后，儲層中的流體沿井筒發生了層間竄流（圖4）。這些結果揭示了該CCS工程運行過程中井筒-儲層系統中CO2的相變流動特征，并預測了假定條件下儲層中CO2沿井筒的泄漏特征，該工程現已結束并封井，這些結果可為未來投入運行的CCS工程設計提供理論參考。
研究工作得到了國家重點研發計劃項目（2019YFE0100100）和國家自然科學基金（41602255，41902309，51809259）的共同資助。相關研究成果分別以“Phase transition and fluid backflow during the non-injection period in the Ordos CCS project, China”及“Modeling of possible CO2 leakage with phase transition in wellbore-reservoir system based on the Ordos CCS project, China”為題，發表于Journal of Cleaner Production及 International Journal of Greenhouse Gas Control。
論文鏈接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0959652622011143?via%3Dihub
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1750583621003297?via%3Dihub
圖1 （a）注入井測井揭露的地層巖性柱狀圖（b）模型概念圖（c）注入井監測數據 
圖2 工程運行期間注入井內（a）壓力（b）溫度（c）氣相CO2飽和度（d）液相或超臨界CO2飽和度隨時間變化等值云圖
圖3 井口壓力為1 MPa時（a）井口水相與CO2泄漏質量流量隨時間變化曲線（b）井筒內氣相CO2飽和度隨時間變化等值云圖
圖4 停注期間不同時刻井筒附近儲層壓力分布及液相或超臨界CO2流場圖