【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及co2地質封存，尤其涉及一種咸水層注co2致鹽沉淀的孔隙尺度多場耦合模型構建方法。
技術介紹
1、co2地質封存是減少碳排放最快速、有效的措施之一。co2地質封存涉及從大型排放源捕集co2，并以超臨界狀態將其注入地質構造中。普遍認為，co2封存最佳的地質構造是深層咸水層和枯竭油氣藏。將干燥的超臨界co2（scco2）注入目標地層之后，液態水的蒸發將會導致鹽水中溶解鹽的濃度升高，溶解鹽會從鹽水中析出。一旦析出的鹽沉淀量超過閾值，儲層的連通性將會受到嚴重損害。向咸水層注co2導致鹽析沉淀現象是一個復雜的多物理過程問題，涉及多相流體流動、氣液相變、熱量傳遞、物質運輸等過程。因此，研究向咸水層注入co2導致鹽析沉淀的微觀機理，可以為co2地質埋存工程提供合理實施方法和改善措施，有效緩解鹽沉淀造成的儲層損傷，提高工程的安全性和效率。
2、目前，研究向咸水層注入co2導致鹽析沉淀的方法主要有巖心驅替實驗、微納流控芯片實驗和宏觀尺度數值模擬等。其中，巖心驅替實驗由于其較高的真實性和可操作性得到了廣泛的應用，例如“多相滲透儀及巖石滲透特性測定方法”（專利號：cn104897543a），用scco2驅替飽和鹽水的巖心，再根據鹽水飽和度的變化計算析出的鹽沉淀量。但是該方法不能可視化實時監測巖心內部co2、鹽水和鹽沉淀的分布情況，而且流速、壓力和水蒸氣含量等相關變量的測量方法繁瑣復雜。相較于傳統的巖心驅替實驗，微流控芯片實驗可以在高溫高壓條件下直接觀察到多孔介質內發生的物理化學現象與鹽沉淀積累，但是該方法在反映復雜的孔隙幾何
技術實現思路
1、有鑒于此，本專利技術提供了一種咸水層注co2致鹽沉淀的孔隙尺度多場耦合模型構建方法，本申請提供的模型構建方法在孔隙尺度對流速、溫度、濃度等相關變量在域內的實時分布進行數值模擬，可實現對co2注入期間鹽沉淀微觀機理的準確研究。
2、本申請提供了一種咸水層注co2致鹽沉淀的孔隙尺度多場耦合模型構建方法，包括以下步驟：
3、s1、建立二維單孔隙幾何模型，所述二維單孔隙幾何模型包括平行的流體入口和流體出口，以及連接所述流體入口和所述流體出口的孔隙壁；
4、s2、分別建立co2材料、鹽水材料，添加物理場，設置所述二維單孔隙幾何模型的邊界條件和初始條件，對所述二維單孔隙幾何模型進行網格劃分；
5、s3、根據所述二維單孔隙幾何模型、co2材料、鹽水材料和物理場進行參數的計算，根據得到的計算結果獲得咸水層注co2導致鹽析沉淀的微觀機理。
6、在一些具體的實現方式中，所述步驟s2中，所述添加物理場具體包括：
7、s301、添加“層流”物理場和“流體相場”物理場，通過多物理場“兩相流，相場”將“層流”和“流體相場”物理場進行耦合，設置初始條件和邊界條件，用于模擬在單孔隙中co2-鹽水的兩相驅替過程；
8、s302、添加“流體傳熱”物理場，通過多物理場“非等溫流動”將“層流”物理場和“流體傳熱”物理場進行耦合，設置初始條件和邊界條件，用于模擬在單孔隙中co2-鹽水兩相驅替過程中發生的熱量傳遞；
9、s303、添加“水分輸送”物理場，并通過“水分流動”多物理場將“層流”物理場和“水分輸送”物理場進行耦合，設置初始條件和邊界條件，用于模擬單孔隙中co2-鹽水兩相驅替過程中水蒸氣的產生和輸運過程；
10、s304、添加“稀物質傳遞”物理場，并通過“反應流，稀物質”多物理場將“層流”物理場和“稀物質傳遞”物理場進行耦合，設置初始條件和邊界條件，用于模擬在單孔隙中co2-鹽水兩相驅替過程中nacl的輸運過程和析出過程；
11、s305、添加“變形幾何”物理場，設置初始條件和邊界條件，用于模擬在單孔隙中co2-鹽水兩相驅替過程中孔隙壁面上鹽沉淀的積累過程；
12、步驟s302~s305之間沒有順序限制。
13、在一些具體的實現方式中，所述步驟s2中，建立co2材料為添加氣體熱力學系統，添加物質co2，并使用peng-robinson模型計算co2的密度，使用brokaw模型計算co2的粘度；
14、所述步驟s2中建立鹽水材料具體為添加材料“water”來近似計算鹽水的粘度，通過式（1）來計算不同溫度、壓力下鹽水的密度：
15、式（1）；
16、式（1）中，ρl是鹽水的密度，kg/m3；ρref是鹽水的參考密度，kg/m3；α是熱膨脹系數，1/k；β是壓縮系數，1/pa；t是溫度，k；p是壓力，pa；tref是參考溫度，k；pref是參考壓力，pa。
17、在一些具體的實現方式中，步驟s301中，上述“層流”物理場通過式（2）和式（3）控制流體的流動：
18、式（2）；
19、式（2）中，u是流體速度，m/s；sm是質量源項，1/s，按照式（8）計算：
20、式（8）；
21、其中，ρg是氣相的密度，kg/m3；?是無量綱相場變量；是液態水蒸發速率；
22、式（3）；
23、式（3）中，ρ是流體密度，kg/m3；t是模擬時間，s；p是流體壓力，pa；i是單位張量；μ是流體動力粘度，pa?s；fst是作用于co2/鹽水界面的表面張力，n/m；
24、所述“層流”物理場中，所述二維單孔隙幾何模型的流體入口為速度邊界條件，所述二維單孔隙幾何模型的流體出口為壓力邊界條件，所述二維單孔隙幾何模型的孔隙壁為壁條件；
25、所述“流體相場”物理場通過式（4）跟蹤co2-鹽水兩相界面的移動：
26、式（4）；
27、式（4）中，?是無量綱相場變量；γ是遷移率，m3?s/kg；λ是混合能量密度，n；ε是界面厚度參數，m；sf為相場源項，1/s，按照式（9）計算：
28、式（9）；
29、所述“流體相場”物理場中，所述二維單孔隙幾何模型的流體入口為入口邊界條件；所述二維單孔隙幾何模型的流體出口為出口邊界條件；所述二維單孔隙幾何模型的孔隙壁為潤濕壁邊界條件。
30、在一些具體的實現方式中，所述步驟s302中，所述“流體傳熱”物理場通過式（6）來計算流體溫度的變化：
31、式（6）；
32、式（6）中，cp是熱容，j/(kg?k)；k是導熱系數，w/(m?k)；q是熱源，w/(m3?s)，q為熱源項，按照式（10）計算：
33、式（10）；
34、式（10）中，本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種咸水層注CO2致鹽沉淀的孔隙尺度多場耦合模型構建方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S2中，所述添加物理場具體包括：
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟S2中，建立CO2材料為添加氣體熱力學系統，添加物質CO2，并使用Peng-Robinson模型計算CO2的密度，使用Brokaw模型計算CO2的粘度；
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，步驟S301中，所述“層流”物理場通過式（2）和式（3）控制流體的流動：
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟S302中，所述“流體傳熱”物理場通過式（6）來計算流體溫度的變化：
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟S303中，所述“水分輸送”物理場中通過式（7）對液態水蒸發動力學進行建模：
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟S304中，所述“稀物質傳遞”物理場通過式（13）控制鹽水中NaCl的運輸傳遞：
8.根據權利要求6所述的方法，其特征
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述步驟S3包括：
10.根據權利要求1~9任意一項所述的方法，其特征在于，所述二維單孔隙幾何模型的高度為40μm?~120μm，寬度為100μm?~200μm。
...【技術特征摘要】
1.一種咸水層注co2致鹽沉淀的孔隙尺度多場耦合模型構建方法，其特征在于，包括以下步驟：
2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟s2中，所述添加物理場具體包括：
3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟s2中，建立co2材料為添加氣體熱力學系統，添加物質co2，并使用peng-robinson模型計算co2的密度，使用brokaw模型計算co2的粘度；
4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，步驟s301中，所述“層流”物理場通過式（2）和式（3）控制流體的流動：
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟s302中，所述“流體傳熱”物理場通過式（6）來計算流體溫度的變化：
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟s303中，所述“水分輸送”...
【專利技術屬性】
技術研發人員：鐘俊杰，丁凱玥，劉善超，張玉霖，姚軍，孫海，楊永飛，張磊，
申請(專利權)人：中國石油大學華東，
類型：發明
國別省市：
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