深部咸水层封存CO2的两相渗流-应力耦合机理及多尺度模拟

CO2的地质封存是减缓CO2排放的有效手段之一，深部咸水层为CO2提供了最具潜力的封存空间。本课题以深部咸水层封存CO2的超临界CO2-咸水两相渗流-应力耦合过程为研究对象，综合应用岩石力学、渗流力学、水文地质学、溶质传输理论等多学科交叉方法，研究不同注入压力下超临界CO2和咸水组成的两相流体运移及其与咸水层及上覆盖层变形的耦合作用机理，探讨深部咸水层的多尺度结构特性及其对耦合过程的影响，揭示耦合作用下CO2羽状流的时空分布和演化规律，以及上覆盖层的破坏模式及稳定性。同时，发展深部咸水层封存CO2的渗流-应力耦合多尺度模拟方法及计算程序，结合国内外已有大型CO2深部咸水层封存工程项目的现场监测资料，开展应用研究，并对成果进行验证。本研究可以为深部咸水层CO2封存潜力评价、工程选址与设计、盖层稳定性分析以及CO2逸出风险评估等关键问题提供理论依据。

CO2的地质封存是减缓CO2排放的有效手段之一，深部咸水层为CO2提供了最具潜力的封存空间。本课题以深部咸水层封存CO2的超临界CO2-咸水两相渗流-应力耦合过程为研究对象，综合应用岩石力学、渗流力学、水文地质学、溶质传输理论等多学科交叉方法，自主开发了一系列试验装置，进行了大量试验探索工作，重点研究了不同注入压力下超临界CO2和咸水组成的两相流体运移及其与咸水层及上覆盖层变形的耦合作用机理，深入探讨了深部咸水层的多尺度结构特性及其对耦合过程的影响，开发了多尺度地质结构的构建方法，建立了相应模型，用于研究多尺度非均质地质结构对CO2-咸水两相流体运移的影响，进一步揭示耦合作用下CO2羽状流的时空分布和演化规律，以及上覆盖层的破坏模式及稳定性。同时，发展了深部咸水层封存CO2的渗流-应力耦合多尺度模拟方法及计算程序，包括细观渗流模型及程序，XFEM方法及程序等。结合国内外已有大型CO2深部咸水层封存工程项目的现场监测资料，开展了应用研究，并对成果进行验证。本研究可以为深部咸水层CO2封存潜力评价、工程选址与设计、盖层稳定性分析以及CO2逸出风险评估等关键问题提供理论依据。