煤炭学报

作者：杨现禹, 解经宇, 叶晓平, 吕文军, 代钊恺, 蒋国盛, 蔡记华,

关键词：CO₂注入, 弱胶结矿物颗粒, 孔隙, 动态运移模型, 注入堵塞机理,

在低渗砂岩油藏中开展CO2地质封存，是实现CO2捕获、利用和封存(CCUS)的有效手段之一。随着CO2持续注入吸收层，弱胶结砂岩颗粒会随CO2流入孔隙和裂隙中运移，进而可能形成颗粒堆积，影响CO2注入的稳定性。为揭示多形态颗粒在孔隙和裂隙中的运移、动态堆积及微观机理，建立了基于多形态矿物颗粒的离散元流固耦合堵塞模型。模型考虑了多级粒径、非规则形态、旋转、差异化流入孔隙模式等矿物颗粒参数及流体密度、流体速度等流体物性因素，模型可实现注入流体和矿物颗粒的瞬态堆积过程动态预测与可视化，并在此基础上揭示了CO2物性、弱胶结非规则颗粒参数与注入堵塞间的量化关系。结果表明：① 影响孔隙内矿物颗粒堆积数量和CO2注入效果最高的因素为矿物颗粒质量分数，相对于颗粒质量分数3%，颗粒质量分数5%的孔隙内矿物颗粒堆积数量提升52.06%，孔隙内矿物颗粒堆积数量的提升比率与矿物颗粒质量分数增长比率呈负相关关系；② 在注入CO2和矿物颗粒总量一致情况下，当矿物颗粒平均尺寸为孔隙直径尺寸的1/3时，孔隙内矿物颗粒堆积数量最高，CO2的注入效果最差，矿物颗粒密度变化对于CO2注入的影响较低；③ CO2注入降低了砂岩孔隙内多相流体密度，减少了孔隙内矿物颗粒堆积数量，降低了矿物颗粒在孔隙内的堵塞，有利于CO2往深部注入；④ CO2注入速度提升60%，孔隙内矿物颗粒堆积数量提升1.2%，注入速度提升增加了孔隙内的矿物颗粒堵塞比率，不利于CO2的注入。

来源：2023年第7期

《煤炭学报》期刊编辑部

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