二氧化碳地质储存环境影响研究

二氧化碳地质储存是减少二氧化碳排放的有效技术之一,为确保储存工作的有效性、安全性和持久性,二氧化碳地质储存泄露途径和环境影响研究很有必要。作者通过对人为泄露通道、地质构造泄露通道以及跨越盖层和水力圈闭泄露通道等三类泄露途径分析,为储存区选择和储存工程实施提供了依据和保障;通过研究二氧化碳地质储存对健康、土壤、水体等因素可能造成的环境影响和风险,为二氧化碳地质储存环境与安全风险监测提供了方向和目标。     

深部咸水层二氧化碳沿断层泄漏的运移规律研究

以深部咸水层二氧化碳地质封存为背景,基于多组分多相流运移理论,对咸水层储存二氧化碳沿断层泄漏的运移规律进行研究。建立二维多岩相结构模型,通过数值方法分析二氧化碳在断层通道和上覆岩层中的运移规律,以及运移过程中二氧化碳相态的变化特征,并对断层的渗透率进行敏感性分析。结果表明,深部咸水层二氧化碳在浓度差和压力差作用下沿断层通道向上覆岩层运移。二氧化碳的密度比水小,重力差使二氧化碳受到向上的浮力,因此在岩层中二氧化碳的分布特征整体上呈类似漏斗的形态。随着泄漏的进行,二氧化碳不断驱替断层通道中的水分,密度减小;随着两相流变成单相流,断层通道逐渐被蒸干。此外,断层渗透率是整个泄露过程中流体运移的重要影响因素。     

含二氧化碳天然气云团扩散危险区域确定的数值模拟

 为确定含二氧化碳天然气云团扩散的危险区域范围,借助数值模拟方法建立了含二氧化碳天然气云团扩散模型,详细研究了含二氧化碳天然气云团扩散过程,确定了包括窒息和燃爆在内的2种危险区域。研究结果表明,含二氧化碳天然气云团扩散中燃爆区域呈不规则圆环状分布,燃爆区域的横风向尺度变化不大,而平行于风向的方向变化较大。无论横风向还是顺风向,燃爆区域尺度随时间的变化都呈开口朝下的抛物线形分布。高含二氧化碳天然气云团扩散后形成的燃爆区域无论从时间还是空间尺度看,波及的范围都远小于窒息性危险区域。     

合肥储存环光学速调管的磁场数值模拟

根据均匀磁化法,推导出了菱柱形磁块磁场分布的分析表达式,对光学速调管的磁极间隙内磁场进行了数值模拟,给出横向磁场的轴向分布和横向分布,计算了横向磁场的均匀度,并且根据模拟数据计算了光学速调管色散段的特征参数随磁极间隙大小的变化。     

地表移动影响范围与地质采矿条件关系数值模拟

随着采空区增大,地质灾害不断增多,有必要对采动影响范围进行研究。10 mm下沉边界是确定影响范围的重要指标,且FLAC3D适合求解非线性大形变问题,因此可以将其用于探究地表移动影响范围(L)与地质采矿条件的关系。实验以某矿区A工作面和另一矿区B工作面为背景,通过建立数值模型,运用控制变量法探究了L与岩层厚度、松散层厚度、工作面开采尺寸、覆岩岩性的关系,给出了L的计算公式并对变化规律进行了理论与力学分析。结果表明：L与岩层厚度、松散层厚度呈正相关关系,L与采长呈负相关关系,L在关键层变软弱后显示出了轻微增长。研究为煤炭的合理开采及矿区地表建构筑物保护提供科学依据。     

直井段超临界二氧化碳携岩数值模拟分析

二氧化碳携岩问题是超临界二氧化碳钻井技术应用于油气藏钻探开发的基础问题。依据井下工况,考虑岩屑粒径分布规律的影响及二氧化碳密度和黏度等物性参数与流场温压条件的耦合关系,数值模拟分析了粒径分布变化规律及各工况参数对携岩效率的影响规律。结果发现:粒径分布变化规律不与颗粒直径呈正相关,证实了选用欧拉模型以考虑颗粒间干扰来模拟携岩问题的合理性;温压条件影响粒径分布变化规律,携岩返速对粒径分布规律影响甚微。携岩效率随压力升高、温度降低而提高,规律与室内实验结果相符。提高排量、降低机速有利于改善携岩效果,实测临界携岩返速高于依据最小动能原理的计算值。随偏心度增大,携岩效率先降低后提高,临界偏心度为0.8。所得结论为发展实际技术提供支撑。     

超临界二氧化碳BLEVE机理数值模拟

 碳捕集与贮存及提高油田采收率（CCS-EOR）技术是节能减排的有效手段。本文以超临界CO₂为研究对象,采用数值模拟的方法（使用FLUENT 软件及可压缩形式的N-S 方程,采用SIMPLEC 求解有限差分方程,选用标准k-ε湍流模型,多相流模型选用FLUENT 自带的VOF（volume of fluid）模型）,对其在注入油管内发生沸腾液体扩展蒸气云爆炸（BLEVE）事故的初期过程进行模拟计算,建立并验证合理可靠的数学模型,分析容器内流场演化过程及压力、温度的变化过程,揭示超临界CO₂ BLEVE 过程的发生机理与变化规律。     

上保护层开采保护范围确定及数值模拟

针对传统保护层开采保护范围确定方法的局限性,结合某矿井保护层开采的实际情况,提出了一种新的保护层开采保护范围的确定方法(包括沿工作面布置方向和工作面推进方向的保护范围),即现场流量观测分析和含量对比法.通过流量观测分析和含量对比,结合工程实际情况进行计算机数值模拟来确定上保护层开采的两向保护范围;在含量测试取样过程中,采取了大孔口钻杆扩孔,小孔口钻杆接岩芯管的定点取样方法.研究结果表明:确定的保护范围符合现场实际情况;定点取样方法基本上保证了含量测值的准确性.     

致密油藏二氧化碳吞吐过程中低压区域对二氧化碳波及范围的影响

二氧化碳在油藏中的波及范围是影响致密油藏二氧化碳吞吐提高采收率效果的关键因素。如何扩大注入的二氧化碳在油藏中的波及范围是新的研究热点。运用油藏数值模拟软件,建立致密油藏二氧化碳吞吐的理论模型,通过监测吞吐过程中油藏压力及二氧化碳含量变化,发现压力平衡过程中存在限制二氧化碳波及范围的低压区域,在此基础上,分析了注入压力、焖井时间和吞吐轮次对二氧化碳波及范围的影响。研究结果表明：注入压力是影响二氧化碳波及范围的主要因素,吞吐轮次对二氧化碳波及范围的影响较小。     

电石渣矿化CO2-可控制备碳酸钙的实验研究

本文提供了一种以电石渣为原料,循环利用氯化铵制备高纯碳酸钙的方法;通过实验系统讨论了碳酸钙制备的工艺条件以及不同工艺条件对所得碳酸钙晶型与形貌的影响. 结果表明：碳酸钙制备的优化工艺条件为CO2流速 80 mL/min, 反应温度30 °C, 反应时间60 min;所得产物为纳米的球形球霰石,产物中CaCO3的含量为99.95%, 白度为99.3%, 产物具有良好的自流动性和自粉化性;整个制备工艺中碳酸化反应滤液可循环利用8次, 此时的反应效能大于50%;通过工艺条件的调控成功制备出高纯纳米碳酸钙、球霰石型碳酸钙、文石型碳酸钙以及方解石型碳酸钙. 论文提出的研究方案有望应用于电石渣的资源化利用与碳酸钙的可控制备.     

CO2地下处置与煤层气开采的数值模拟

采用Crank-nisholson差分格式与Richtmyer方法,对单井注入CO2与CH4二组分气体的扩散渗流物理模型进行离散化处理,从而把对非线性微分方程组的求解转化为对线性方程组的求解.基于Matlab语言编制数值计算程序,同时依据永安、双柳和寺河三矿煤层的实际参数进行模拟计算,得到了注气过程中各组分气体分压和基质内组分浓度的变化规律.数值模拟计算表明,向煤层中注入CO2不仅可以驱替、置换煤层气,提高煤层气的回收率,而且煤层对CO2有一定的储存能力.     

巷道断面形状力学效应三维数值模拟分析

针对开拓巷道设计中最常用的三种断面形状 ,即直墙拱、直墙仰拱、曲墙仰拱 ,运用FLAC3 D程序模拟了三种断面形状在不同围岩条件下的力学效应。研究表明 :在同一种围岩条件下 ,三种断面形状中受力状况最好的是曲墙仰拱 ,最差的是直墙拱 ;同一形状断面在不同围岩条件下 ,其力学效应差异较大     

单级涡壳式离心泵内二维流场的数值模拟

通过使用FLUENT软件模拟计算单级涡壳式离心泵的二维流动,采用标准的湍流模型,计算分析了离心泵内的速度矢量图、压力等直线图。结果表明离心泵叶轮内各通道的流量、流速及压力分布有显著差别,呈现明显的非对称性。利用数值模拟方法能真实反映泵内部的复杂流动,为泵内叶轮的设计、改进提供了理论依据。     

长江口流场数值模拟中流速开边界条件的处理

建立了长江口平面二维流场数学模型，上游开边界取在徐六泾断面，外海开边界在余山以东。上游流速开边界条件采用新的流量过程校正法进行订正，较好地反映了上游径流对河口流场的效应，弥补了当缺乏上游实测流速资料时，用普通的流速开边界处理方法所引起的计算偏差。     

幂律流体延伸表面逆来流边界层特性分析与数值模拟

首先利用量级分析理论对幂律流体延伸表面边界层流动进行分析,得到边界层厚度的量级和影响因素;引入量纲为1变量,将动量边界层的控制方程转化为量纲为1的控制方程组. 数值求解了具有不同幂律指数n的流体在平板逆来流且平板运动参数ζ不同的情况下的层流边界层流场,分析了幂律指数n和平板运动参数ζ对动量边界层厚度、量纲为1速度分布和量纲为1剪切力分布的影响规律. 结果表明,速度边界层的分布不仅和平板运动参数有关,而且和幂律指数有关.     

低温液体-水相际传热模型与数值模拟

研究低温液体-水相际传热问题.分析低温液体与水之间的传热过程及其特性.给出一种处理问题的方法,采用可变网格法追踪低温液体-水相界面的位置,建立了适合于常压及超临界压力下的液-液传热模型.根据传热模型进行了数值计算,得出低温液体温度场分布,确定了低温液体-水相界面的生存距离.计算结果表明,在一定水压和适当的低温液体初始状态下,从低温液体-水相界面形成到完全消失需历经一段距离.     

深井离心泵的回归分析与数值模拟

选择了叶轮叶片出口安放角、叶片进口冲角、叶轮出口宽度及导叶进口宽度这4个几何因素,按中心组合试验方法,设计了30组方案．通过FLUENT软件,对冲压井泵的全流场进行数值模拟,获得了额定工况下30组方案的效率．采用四元二次回归方程拟合四因素与效率值之间的函数关系,通过求解回归方程以寻求最优几何参数组合．利用DesignExpert6．0．5软件对回归模型进行分析,得到二次回归响应面图．由图中发现：在给定的范围内,叶轮出口宽度对效率的影响最为显著,表现为等值线最密;导叶进口宽度与叶轮叶片出口安放角次之;叶轮叶片进口冲角对效率的影响最小,表现不显著．通过样机试制及试验,发现在设计工况下采用两级全流场的数值模拟值与试验值相当接近,误差在2％以内,验证了数值模计算的可行性．     

液态CO2前置压裂地面管线堵塞模拟及抑制方法

应用自制管道流动安全可视化评价装置模拟液态CO2前置压裂管线或放空阀门附近水合物及干冰生成过程,结合CO2相态预测,明确液态CO2前置压裂地面管线潜在堵塞类型及因素,优选适应液态CO2前置压裂的管线堵塞物抑制剂,并通过数值模拟方法考察地面管线中堵塞物抑制剂驱替液态CO2过程,改进液态CO2前置压裂泵注流程。结果表明:地面管线压力为3.0 MPa时,液态CO2直接放空会在阀门及附近管线中形成干冰;当液态CO2泵注结束后连续注入水基压裂液时,潜在堵塞物为水基压裂液结冰及少量CO2水合物形成的混合物;优选的堵塞物抑制剂冰点低于-30℃,与水基压裂液及液态CO2配伍良好;通过向地面压裂管线泵注0.53 m^3堵塞物抑制剂循环约1 min驱替残余液态CO2,管线温度可迅速恢复至0℃以上;矿场应用表明,一套压裂机组即可实现液态CO2与水基压裂液连续泵注,施工过程未出现管线及阀门堵塞,施工时间由3~4 d缩短至0.5 d,降低了液态CO2前置压裂施工风险。     

CO2在H-STI分子筛中吸附的分子模拟研究

采用巨正则蒙特卡罗方法(GCMC)研究了CO2分子在H-STI分子筛中的吸附.计算得到的吸附热和实验温度下吸附等温曲线与实验结果吻合较好.在此基础上,进一步预测了CO2分子在H-STI分子筛中的吸附性质.