Численное моделирование трёхфазной фильтрации при закачке углекислого газа в водонасыщенный пласт


Просмотр статьи
PDF, 1,0 МБ

Numerical modelling of three-phase flows in porous media subjected to carbon dioxide injection in an aquifer

We conduct numerical modelling of multiphase flows in porous media related to carbon dioxide geological storage in an aquifer. We consider the storage in a shallow reservoir being under subcrit-ical thermodynamic conditions for carbon dioxide. We demonstrate that the CO2 injection in the aquifer can result in three-phase flows of water and CO2 in liquid and gaseous state. We analyze the temperature variations in the reservoir related to convective heating and phase transitions between liquid and gaseous CO2 For demonstrational purposes, we conduct the simulation of CO2 injection in complicated geological settings.

porous medium, phase transitions, multiphase flow, disposal of CO2, numerical simulation


Том 14, выпуск 1, 2013 год



Методами численного моделирования исследуются многофазные фильтрационные течения при подземном захоронении углекислого газа в водонасыщенном пласте. Рассмотрен случай захоронения в неглубоко погруженном проницаемом резервуаре, находящемся при докритических термодинамических условиях для углекислого газа. Показано, что в результате за-качки CO2 в пласт возможно формирование областей трёхфазной фильтрации воды и угле-кислого газа в сжиженном и газообразном виде. Исследуется изменение температуры в пласте, связанное с конвективным переносом тепла и фазовыми переходами между жидким и газообразным CO2. Для демонстрации эффективности применяемого метода моделирования расчёты проводятся в случае закачки CO2 в резервуар с усложненным геологическим строением.

пористая среда, фазовые переходы, многофазное течение, захоронение CO2, численное моделирование


Том 14, выпуск 1, 2013 год



1. Michael K., Golab A., Shulakova V. et al. Geological storage of CO2 in saline aquifers—A review of
the experience from existing storage operations// Int. J. Greenhouse Gas Control, 2010, 4(4), 659-
667.
2. Special report on carbon dioxide capture and storage. Technical report, Intergovernmental Panel on
Climate Change (IPCC). Cambridge: Cambridge Univ Press; 2005.
3. TOUGH2 User's Guide, Version 2.1: Report (revised) / Lawrence Berkeley National Laboratory:
Pruess K., et al. Berkeley, Calif., U.S., 2011, 214 р. LBNL-43134.
4. Pruess K., Spycher N. ECO2N – a fluid property module for the TOUGH2 code for studies of CO2
storage in saline aquifers// Energy Conversion and Management, 2007, 48(6), 1761–1767.
5. Афанасьев А.А., Мельник О.Э. О построении конечно-разностной схемы расчёта фильтрации
при околокритических термодинамических условиях// Вычислительная механика сплошных
сред, 2013, T.6, №.2. Принята в печать.
6. Алтунин Л.Л. Теплофизические свойства двуокиси углерода. М.: Издательство стандартов,
1975, 546 с.
7. Афанасьев А.А., Мельник О.Э. О математическом моделировании многофазной фильтрации
при околокритических условиях// Вестн. Моск. ун-та. Сер. 1. 2013, В печати.
8. http://www.slb.com/services/software/reseng/eclipse.aspx (дата обращения: 19.06.2013).
9. Spycher N., Pruess K., Ennis-King J. CO2-H2O mixtures in geological sequestration of CO2. I. As-sessment and calculation of mutual solubilities from 12 to 100C and up to 600 bar// Geochimica et Cosmochimica Acta, 2003. 67(16), 3015–3031.
10. Афанасьев А.А., Мельник О.Э. Об одном методе расчёта теплофизических свойств при до- и закритических условиях// Физ.-хим. кин. в газ. динамике. 2013, Т. 14, (URL: http://www.chemphys.edu.ru/media/files/2013-04-04-001.pdf).
11. Баренблат Г.И., Ентов В.М., Рыжик В.М. Движение жидкостей и газов в природных пластах. М.: Недра, 1984, 208 с.
12. Дмитриев Н.М., Максимов В.М. Определяющие уравнения двухфазной фильтрации в анизо-тропных пористых средах// Изв. РАН. МЖГ. 1998, №.2, С.87-94.
13. Brooks A.N., Corey, A.T., 1964. Hydraulic properties of porous media. In: Hydrol. Pap. Colorado State University, Fort Collins.
14. Tuminaro R.S., Heroux M., Hutchinson SA, Shadid JN. Official Aztec User’s Guide. Version 2.1. Sandia National Laboratories report SAND99-8801J; 1999.
15. Афанасьев А.А., Бармин А.А. Нестационарные одномерные фильтрационные течения воды и пара с учётом фазовых переходов// Изв. РАН. МЖГ. 2007, №4, С.134-143.
16. Guide to the revised ground-water flow and heat transport simulator: HYDROTHERM — Version 3: Report / U.S. Geological Survey: Kipp K.L., Hsieh P.A., Charlton S.R. – U.S. Geological Survey Techniques and Methods, U.S., 2008, 160 p, Report N 6−A25.
17. Christie M.A., Blunt M.J. Tenth SPE Comparative Solution Project: A Comparison of Upscaling Techniques. SPE 66599 Paper, 2001.