CO₂地質(zhì)儲存（CCS）被視為減少大氣CO₂排放的關(guān)鍵環(huán)節，是實(shí)現碳中和的必要手段。通過(guò)捕獲本應排放到大氣中的CO₂，將其轉化為超臨界狀態(tài)并注入地下適當的儲存地點(diǎn)。利用地質(zhì)構造圈閉CO₂（構造封存）、含水層溶解CO₂（溶解封存）、巖石孔隙儲存CO₂（殘余氣封存）以及與巖石進(jìn)行化學(xué)反應儲存CO₂（礦化封存）。其中，咸水層封存因其具有高儲存能力和高穩定性，被認為是最適合的CO₂封存方法。然而，咸水層儲層巖石由于地質(zhì)沉積過(guò)程會(huì )表現出顯著(zhù)的空間異質(zhì)性，在數值模擬中往往忽視了巖層物性參數的非均質(zhì)性帶來(lái)的影響。

針對這一問(wèn)題，中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所二氧化碳地質(zhì)封存研究團隊人員將蒙特卡洛模擬-隨機有限元方法（MCS-RFEM）與二氧化碳兩相流模型相結合，比較了隨機儲層滲透率場(chǎng)的變異系數（Cv）和相關(guān)長(cháng)度（λx）對二氧化碳遷移距離和儲存范圍的影響。結果顯示，較高的Cv和λx值顯著(zhù)減少了二氧化碳遷移距離，同時(shí)增加了CO₂在剖面上的波及范圍。與均質(zhì)模型相比，在λx值為100米時(shí)，二氧化碳遷移距離減少了5.05％，而剖面波及面積增加了6.20％。同時(shí)，隨著(zhù)Cv的增加，二氧化碳體積分數高于0.75的區域面積減少了20.22％，而λx的增加導致二氧化碳體積分數高于0.75的區域面積增加了42.35％。因此，具有較高Cv和較低λx的儲層更適合安全儲存二氧化碳。

相關(guān)成果以“Two-phase flow behavior in CO₂ geological storage considering spatial parameter heterogeneity”為題，發(fā)表在期刊Greenhouse Gases：Science and Technology上。本研究得到了國家自然科學(xué)基金地質(zhì)聯(lián)合基金資助（項目編號U2244215）、中國博士后科學(xué)基金面上項目資助（項目編號2023M733710和2023M733711）以及湖北省博士后創(chuàng )新研究崗位資助（項目編號2022000171）。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/ghg.2248

圖1 不同變異系數、相關(guān)尺度下的儲層滲透率分布

圖2 CO₂最大運移距離蒙特卡洛收斂結果

圖3 不同相關(guān)長(cháng)度下CO₂波及面積對比