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CO2地質儲存（CCS）被視為減少大氣CO2排放的關鍵環節，是實現碳中和的必要手段。通過捕獲本應排放到大氣中的CO2，將其轉化為超臨界狀態并注入地下適當的儲存地點。利用地質構造圈閉CO2（構造封存）、含水層溶解CO2（溶解封存）、巖石孔隙儲存CO2（殘余氣封存）以及與巖石進行化學反應儲存CO2（礦化封存）。其中，咸水層封存因其具有高儲存能力和高穩定性，被認為是最適合的CO2封存方法。然而，咸水層儲層巖石由于地質沉積過程會表現出顯著的空間異質性，在數值模擬中往往忽視了巖層物性參數的非均質性帶來的影響。
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人員將蒙特卡洛模擬-隨機有限元方法（MCS-RFEM）與二氧化碳兩相流模型相結合，比較了隨機儲層滲透率場的變異系數（Cv）和相關長度（λx）對二氧化碳遷移距離和儲存范圍的影響。結果顯示，較高的Cv和λx值顯著減少了二氧化碳遷移距離，同時增加了CO2在剖面上的波及范圍。與均質模型相比，在λx值為100米時，二氧化碳遷移距離減少了5.05％，而剖面波及面積增加了6.20％。同時，隨著Cv的增加，二氧化碳體積分數高于0.75的區域面積減少了20.22％，而λx的增加導致二氧化碳體積分數高于0.75的區域面積增加了42.35％。因此，具有較高Cv和較低λx的儲層更適合安全儲存二氧化碳。
相關成果以“Two-phase flow behavior in CO2 geological storage considering spatial parameter heterogeneity”為題，發表在期刊Greenhouse Gases：Science and Technology上。本研究得到了國家自然科學基金地質聯合基金資助（項目編號U2244215）、中國博士后科學基金面上項目資助（項目編號2023M733710和2023M733711）以及湖北省博士后創新研究崗位資助（項目編號2022000171）。
論文鏈接：https://doi.org/10.1002/ghg.2248
圖1 不同變異系數、相關尺度下的儲層滲透率分布
圖2 CO2最大運移距離蒙特卡洛收斂結果
圖3 不同相關長度下CO2波及面積對比