發(fā)布時(shí)間：2017-12-16 23:31

  本文關(guān)鍵詞：二氧化碳地質(zhì)封存的數(shù)學(xué)物理模型及其求解

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【摘要】：二氧化碳的捕獲和封存(CCS)技術(shù)是減少二氧化碳排放和減緩溫室效應(yīng)的有效途徑。研究封存于地下的CO_2的運(yùn)移規(guī)律和其對(duì)儲(chǔ)層地震響應(yīng)的影響對(duì)成功實(shí)施二氧化碳地質(zhì)封存具有重要意義。本文結(jié)合儲(chǔ)層模擬方法、巖石物理模型和地震模擬方法,對(duì)二氧化碳封存問題進(jìn)行了系統(tǒng)的研究。本文首先基于孔隙介質(zhì)中的流體質(zhì)量守恒定律和能量守恒定律,獲得了適用于進(jìn)行二氧化碳封存模擬的耦合數(shù)學(xué)模型。然后給出了Biot模型的建立過程,得到了P波和S波的拉梅勢(shì)函數(shù)所滿足的偏微分方程,并獲得了波的頻散和衰減關(guān)系�；谶@些結(jié)果,研究了各種巖石物理參數(shù)對(duì)含水和CO_2巖石中的波頻散和衰減的影響。數(shù)值模擬結(jié)果表明,孔隙度和CO_2飽和度是影響波屬性最主要的因素,二者的變化顯著影響快P波、S波和慢P波的頻散和衰減。含水和CO_2巖石介質(zhì)中的波速在CO_2的臨界點(diǎn)處對(duì)溫度和壓力的變化比較敏感。其次,應(yīng)用孔隙介質(zhì)中的多組分多相流模型,進(jìn)行了二氧化碳的徑向流動(dòng)模擬和在二維層狀儲(chǔ)層中的封存模擬,獲得了封存后不同時(shí)期CO_2的飽和度和流體壓力的分布。應(yīng)用不同相對(duì)滲透率和毛管壓力函數(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬發(fā)現(xiàn),相對(duì)滲透率和毛管壓力的增加有利于二氧化碳在水平方向上運(yùn)移,從而使二氧化碳的分布范圍更大。然后,根據(jù)儲(chǔ)層模擬結(jié)果和含多相流的Biot模型,進(jìn)行了二氧化碳地質(zhì)封存的地震監(jiān)測(cè)模擬研究。本文采用求解雙相介質(zhì)波動(dòng)方程的SSM方法,對(duì)CO_2封存后不同時(shí)期的儲(chǔ)層進(jìn)行地震模擬,獲得了相應(yīng)的合成地震記錄。合成單炮記錄和零偏移距剖面表明,儲(chǔ)層地震響應(yīng)受到所注入CO_2的強(qiáng)烈影響。零偏移距剖面顯示出典型的“下推效應(yīng)”,與實(shí)際的二氧化碳地質(zhì)封存監(jiān)測(cè)結(jié)果相符,并且發(fā)現(xiàn)相對(duì)滲透率和毛管壓力對(duì)地震模擬結(jié)果有明顯的影響。最后,基于含多相流Biot模型,應(yīng)用抗干擾能力強(qiáng),且具有更好的局部搜索能力和抗早熟能力的自適應(yīng)雜交遺傳算法對(duì)實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行了反演研究。對(duì)巖心實(shí)際數(shù)據(jù)的反演證實(shí)了算法的有效性,反演結(jié)果表明,含多相流的Biot模型能夠很好地解釋水和二氧化碳飽和巖石的波速特征。同時(shí),對(duì)實(shí)際二氧化碳封存項(xiàng)目的地震監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)反演研究表明,應(yīng)用含多相流的Biot模型和自適應(yīng)雜交遺傳算法對(duì)二氧化碳封存問題進(jìn)行儲(chǔ)層參數(shù)反演是可行和有效的,有望廣泛應(yīng)用于二氧化碳地質(zhì)封存的實(shí)際地震監(jiān)測(cè)中。
【學(xué)位授予單位】：清華大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：X701;P631.4

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本文編號(hào)：1297917