CO₂地質(zhì)儲(chǔ)存（CCS）被視為減少大氣CO₂排放的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是實(shí)現(xiàn)碳中和的必要手段。通過(guò)捕獲本應(yīng)排放到大氣中的CO₂，將其轉(zhuǎn)化為超臨界狀態(tài)并注入地下適當(dāng)?shù)膬?chǔ)存地點(diǎn)。利用地質(zhì)構(gòu)造圈閉CO₂（構(gòu)造封存）、含水層溶解CO₂（溶解封存）、巖石孔隙儲(chǔ)存CO₂（殘余氣封存）以及與巖石進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)儲(chǔ)存CO₂（礦化封存）。其中，咸水層封存因其具有高儲(chǔ)存能力和高穩(wěn)定性，被認(rèn)為是最適合的CO₂封存方法。然而，咸水層儲(chǔ)層巖石由于地質(zhì)沉積過(guò)程會(huì)表現(xiàn)出顯著的空間異質(zhì)性，在數(shù)值模擬中往往忽視了巖層物性參數(shù)的非均質(zhì)性帶來(lái)的影響。

針對(duì)這一問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所二氧化碳地質(zhì)封存研究團(tuán)隊(duì)人員將蒙特卡洛模擬-隨機(jī)有限元方法（MCS-RFEM）與二氧化碳兩相流模型相結(jié)合，比較了隨機(jī)儲(chǔ)層滲透率場(chǎng)的變異系數(shù)（Cv）和相關(guān)長(zhǎng)度（λx）對(duì)二氧化碳遷移距離和儲(chǔ)存范圍的影響。結(jié)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(shí)增加了CO₂在剖面上的波及范圍。與均質(zhì)模型相比，在λx值為100米時(shí)，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(shí)，隨著Cv的增加，二氧化碳體積分?jǐn)?shù)高于0.75的區(qū)域面積減少了20.22％，而λx的增加導(dǎo)致二氧化碳體積分?jǐn)?shù)高于0.75的區(qū)域面積增加了42.35％。因此，具有較高Cv和較低λx的儲(chǔ)層更適合安全儲(chǔ)存二氧化碳。

相關(guān)成果以“Two-phase flow behavior in CO₂ geological storage considering spatial parameter heterogeneity”為題，發(fā)表在期刊Greenhouse Gases：Science and Technology上。本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金地質(zhì)聯(lián)合基金資助（項(xiàng)目編號(hào)U2244215）、中國(guó)博士后科學(xué)基金面上項(xiàng)目資助（項(xiàng)目編號(hào)2023M733710和2023M733711）以及湖北省博士后創(chuàng)新研究崗位資助（項(xiàng)目編號(hào)2022000171）。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/ghg.2248

圖1 不同變異系數(shù)、相關(guān)尺度下的儲(chǔ)層滲透率分布

圖2 CO₂最大運(yùn)移距離蒙特卡洛收斂結(jié)果

圖3 不同相關(guān)長(zhǎng)度下CO₂波及面積對(duì)比