武漢巖土所開(kāi)發(fā)二氧化碳地下封存灌注壓力設(shè)計(jì)新方法

開(kāi)啟輔助訪問(wèn) 設(shè)為首頁(yè)贊助得金幣注冊(cè)指南網(wǎng)站導(dǎo)航

請(qǐng) 登錄后使用快捷導(dǎo)航
沒(méi)有賬號(hào)？注冊(cè)新賬號(hào)

曉木蟲(chóng)

武漢巖土所開(kāi)發(fā)二氧化碳地下封存灌注壓力設(shè)計(jì)新方法

摘要: 　　在應(yīng)對(duì)氣候變化背景下，CO2捕集利用與封存(CCUS)被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)CO2大規(guī)模減排的最有效途徑之一。針對(duì)CO2大規(guī)模地下封存對(duì)灌注安全設(shè)計(jì)的新需求，中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)學(xué)習(xí)所副學(xué)習(xí)員白冰、學(xué)習(xí)員李小春和伍海清 ...

　　在應(yīng)對(duì)氣候變化背景下，CO2捕集利用與封存(CCUS)被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)CO2大規(guī)模減排的最有效途徑之一。針對(duì)CO2大規(guī)模地下封存對(duì)灌注安全設(shè)計(jì)的新需求，中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)學(xué)習(xí)所副學(xué)習(xí)員白冰、學(xué)習(xí)員李小春和伍海清同學(xué)等經(jīng)過(guò)多年學(xué)習(xí)攻關(guān)，成功開(kāi)發(fā)了一套系統(tǒng)、嚴(yán)格的井口安全灌注壓力高效設(shè)計(jì)新方法。該方法成功應(yīng)用于我國(guó)第一個(gè)大規(guī)模CO2咸水層封存項(xiàng)目——神華集團(tuán)CCS示范工程（10萬(wàn)噸/年），有效支撐了該工程運(yùn)行中的井筒安全注入。
　　合理的井口注入控制參數(shù)是確保工程灌注作業(yè)有效實(shí)施的直接工藝參數(shù)。CO2地下封存的灌注與傳統(tǒng)的水文和油氣灌注工程在目標(biāo)控制上有顯著區(qū)別。CO2灌注涉及到井筒流動(dòng)、地層換熱、儲(chǔ)層兩相流以及地層安全控制等多個(gè)復(fù)雜過(guò)程。現(xiàn)有的工程分析方法過(guò)于簡(jiǎn)化，或者依賴較多的場(chǎng)地參數(shù)和大量的數(shù)值模擬而難以在早期CCS項(xiàng)目中有效應(yīng)用，且不能同時(shí)考慮注入流量和場(chǎng)地安全這兩個(gè)工程目標(biāo)而直接給出井口控制壓力的設(shè)計(jì)。
　　新方法將井口灌注控制壓力的設(shè)計(jì)問(wèn)題概化為一套以井口控制壓力為目標(biāo)，以場(chǎng)地穩(wěn)定性和預(yù)設(shè)封存量任務(wù)為約束條件的反演-優(yōu)化數(shù)學(xué)模型。該方法包括四個(gè)組成局部。一是井底地層安全性的控制標(biāo)準(zhǔn)和最危險(xiǎn)儲(chǔ)層確定算法。用地層破裂壓力和安全儲(chǔ)備系數(shù)所構(gòu)造的最大允許壓力作為地層安全性控制標(biāo)準(zhǔn)；對(duì)于多層灌注作業(yè)，確認(rèn)了決定臨界儲(chǔ)層的不是地層處注入壓力而是該壓力與所屬地層最大允許壓力的比值；最危險(xiǎn)儲(chǔ)層采用自行開(kāi)發(fā)的二叉樹(shù)搜索算法進(jìn)行確定。二是井口壓力的計(jì)算的模型及快速顯式反演算法。在模型中，井筒流動(dòng)的N-S方程組被巧妙地整合為一個(gè)關(guān)于流體壓力的單一非線性方程，并且發(fā)現(xiàn)了方程中密度和流速的乘積恰恰代表注入流量并被作為封存任務(wù)的表示參數(shù)。非線性壓力方程的求解采用快速顯式差分算法。井筒流體與地層傳熱采用解析公式并與顯式反演法進(jìn)行耦合。三是地層CO2-咸水兩相流動(dòng)模型及其顯式積分解。四是設(shè)計(jì)因子數(shù)據(jù)庫(kù)，可實(shí)現(xiàn)工程經(jīng)驗(yàn)的定量化類比，提高設(shè)計(jì)的可靠性。
　　工程應(yīng)用表明，該方法可直接一步給出井口安全控制壓力設(shè)計(jì)值，計(jì)算精度高、依賴參數(shù)少、計(jì)算速度快，特別適合于新興CO2等流體注入工程。該學(xué)習(xí)得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃-中美清潔能源聯(lián)合學(xué)習(xí)中心(CERC)項(xiàng)目(S2016G9005， 2013DFB60140)以及國(guó)土資源部公益性項(xiàng)目(201211063)等的資助，相關(guān)學(xué)習(xí)成果發(fā)表在Greenhouse Gases: Science and Technology 等期刊上，并獲得了軟件著作權(quán)。
　　相關(guān)論文和軟件著作權(quán)：
　　論文鏈接：1 2 3