量化 CO2 注入过程中的盐分沉淀：流率、温度与相态对近井面结晶的控制
地球物理
2026-03-06 v1
摘要
注入 CO2 后，近井面盐分沉淀会导致渗透性下降、过压积累，并在数天至数周内显著降低注入性。然而，当前对多相流、蒸发与结晶耦合作用的孔尺度机制进行的定量研究仍不足，尤其是在不同相态和流动条件下。我们报告了高分辨率的微流体实验，通过系统性地量化 CO2 驱动盐水蒸发过程中盐析晶体动力学。实验覆盖液相、气相和超临界相（50-80 巴，20-60 摄氏，Peclet 数 50-1440），发现结晶动力学由输运过程控制，阿尔法维数率常数（K）随 Peclet 数增加约两个数量级，并表现出阿姆斯壮尔温度的 Arrhenius 规律（Ea = 58.6 kJ/mol）。超临界 CO2 实现了卓越的置换效率（残余饱和度 0.22-0.36，分形维数 D = 1.79-1.82）和最快的蒸发速度（赫尔曼数为液相的 2-3 倍），将结晶核化时间从 20 摄氏、液相下的 57 分钟缩短至 40-60 摄氏、气相/超临界相下的 1 分钟以下。晶体最终质量分数从液相下的 0.008 增加到气相条件下的 0.08-0.12，确认对流输运与相态的主导作用远超过扩散限制机制。尽管存在概率性核化，最终的晶体分布在空间上相对均匀，无系统性的进-出口偏差。这些无量纲参数（Peclet 数、赫尔曼数）、动力学常数（K、Ea）与相态相关的置换模式之间的定量关系，为验证孔尺度模型并预测地质储盐 CO2 储存中近井渗透性受损提供了关键基准。
引用
@article{arxiv.2603.05080,
title = {Quantifying Salt Precipitation During CO2 Injection: How Flow Rate, Temperature, and Phase State Control Near-Wellbore Crystallization},
author = {Karol M. Dąbrowski and Mohammad Nooraiepour and Mohammad Masoudi},
journal= {arXiv preprint arXiv:2603.05080},
year = {2026}
}