反应-对流传输的基础研究：对二氧化碳（CO2）长期封存的意义
流体动力学
2022-10-05 v1
摘要
密度驱动对流与化学反应耦合是将 CO2 永久封存于咸水层中的优选机制。本研究使用二维可视化 Hele-Shaw 池来评估并可视化由重力不稳定性（亦称 Rayleigh-Taylor 不稳定性）形成的密度驱动对流。实验的主要目标是理解气态 CO2 向具有不同初始离子浓度和流动渗透率的盐水中进行质量传输的各种机制。此外，还研究了 CO2 流速、注入位置、储层倾角和渗透率非均质性的影响。我们观察到，与无溶解盐的情况相比，盐的存在导致对流更早发生，且对流指状波长更大。另外，实验数据显示当存在倾角时 CO2 指状之间具有更高的横向混合。可视化研究还揭示，以对流指状推进速率衡量的 CO2 溶解速率取决于盐水中存在的离子类型与浓度。对于溶解了不同盐分的溶液，由 pH 降低区域面积指示的 CO2 溶解量观测为无盐情况下的 0.38–0.77 倍。尽管盐的存在减缓了对流流动，但如定性与定量结果所示，扩散通量得到增强。此外，通过使用流动屏障引入的储层渗透率降低，导致众多区域未被溶解的 CO2 扫过，表明溶解效率低下。我们还研究了流动屏障内离散高导裂缝的影响，其显示出不均匀的垂直扫掠并增强了流动通道化。最后，识别并讨论了封存期间有关 CO2 泄漏风险的参数。
引用
@article{arxiv.2210.01756,
title = {Fundamental Investigation of Reactive-Convective Transport: Implications for Long-Term Carbon dioxide (CO2) Sequestration},
author = {Md Fahim Shahriar and Aaditya Khanal},
journal= {arXiv preprint arXiv:2210.01756},
year = {2022}
}