Vận chuyển muối hòa tan nhờ mao dẫn tới vùng khô trong quá trình bơm $$\hbox {CO}_{2}$$ vào môi trường thấm đồng nhất và có lớp

Transport in Porous Media - Tập 111 - Trang 411-424 - 2016
Saskia M. Roels1, Ntiana El Chatib1, Costas Nicolaides1, Pacelli L. J. Zitha1
1Delft University of Technology, Delft, The Netherlands

Tóm tắt

Một thách thức lớn trong việc tiêm $$\hbox {CO}_{2}$$ vào các tầng nước mặn là rủi ro tắc nghẽn cấu trúc do sự kết tủa muối. Dòng chảy của nước muối có thể cung cấp một quá trình vận chuyển liên tục muối hòa tan đến vùng khô xung quanh giếng tiêm, nơi muối cuối cùng sẽ kết tủa do sự bốc hơi. Trong nghiên cứu này, các thí nghiệm bão hòa lõi đã được thực hiện trên các lõi có kết cấu thô đồng nhất và trên các lõi có nhiều lớp bao gồm một lớp thô phía trên và một lớp mịn phía dưới. $$\hbox {CO}_{2}$$ đã được tiêm qua một giếng ở phần trên của các lõi, và các phần dưới đóng vai trò như nguồn cung cấp nước muối. Những thiệt hại về khả năng tiêm đã được phát hiện do sự tích tụ muối kết tủa gây ra bởi dòng chảy mao dẫn từ các nguồn nước muối lên vùng khô ở phía trên. So với các miền chảy không có nguồn nước muối, chúng tôi phát hiện rằng dòng chảy mao dẫn đi lên tại một thời điểm nào đó sẽ ngăn chặn tắc nghẽn hoàn toàn vì môi trường thấm vẫn giữ ẩm, nhưng cuối cùng dẫn đến tình trạng tắc nghẽn nghiêm trọng hơn cho toàn bộ miền. Các kết quả cho thấy rằng sau khi khô đủ, một lớp tiêm có kết cấu thô có thể hút nước muối từ một lớp mịn bên dưới bằng lực mao dẫn. Một lớp mịn liên kết có thể do đó góp phần vào việc kết tủa muối và sự tắc nghẽn của lớp tiêm.

Từ khóa

#$$\hbox {CO}_{2}$$ #bơm CO2 #nước muối #tắc nghẽn cấu trúc #dòng chảy mao dẫn #môi trường thấm đa lớp

Tài liệu tham khảo

Akin, S., Kovscek, A.: Computed tomography in petroleum engineering research. Geol. Soc. Lond. Spec. Publ. 215, 23–38 (2003) Alkan, H., Cinar, Y., Ülker, E.: Impact of capillary pressure, salinity and in situ conditions on \({\rm{CO}}_{2}\) injection into saline aquifers. Transp. Porous Media 84, 799–819 (2010) André, L., Peysson, Y., Azaroual, M.: Well injectivity during \({\rm{CO}}_{2}\) storage operations in deep saline aquifers-Part 2: Numerical simulations of drying, salt deposit mechanisms and role of capillary forces. Int. J. Greenh. Gas Control 22, 301–312 (2014) Bacci, G., Korre, A., Durucan, S.: Experimental investigation into salt precipitation during \({\rm{CO}}_{2}\) injection in saline aquifers. Energy Procedia 4, 4450–4456 (2011) Berg, S., Oedai, S., Ott, H.: Displacement and mass transfer between saturated and unsaturated \({\rm{CO}}_{2}\)-brine systems in sandstone. Int. J. Greenh. Gas Control 12, 478–492 (2013) Feldkamp, L., Davis, L., Kress, J.: Practical cone-beam algorithm. JOSA A 1, 612–619 (1984) Giorgis, T., Carpita, M., Battistelli, A.: 2D modeling of salt precipitation during the injection of dry \({\rm{CO}}_{2}\) in a depleted gas reservoir. Energy Convers. Manag. 48, 1816–1826 (2007) Hosa, A., Esentia, M., Stewart, J., Haszeldine, S.: Injection of \({\rm{CO}}_{2}\) into saline formations: benchmarking worldwide projects. Chem. Eng. Res. Des. 89, 1855–1864 (2011) Hurter, S., Berge, J.G., Labregere, D.: Simulations for \({\rm {CO}}_{2}\) injection projects with compositional simulator. Offshore Europe (2007) Lehmann, P., Assouline, S., Or, D.: Characteristic lengths affecting evaporative drying of porous media. Phys. Rev. E 77, 056309 (2008) Muller, N., Qi, R., Mackie, E., Pruess, K., Blunt, M.J.: \({\rm{CO}}_{2}\) injection impairment due to halite precipitation. Energy Procedia 1, 3507–3514 (2009) Nachshon, U., Weisbrod, N., Dragila, M.I., Grader, A.: Combined evaporation and salt precipitation in homogeneous and heterogeneous porous media. Water Resour. Res. 47 (2011) Niessner, J., Hassanizadeh, S.M.: Modeling kinetic interphase mass transfer for two-phase flow in porous media including fluid-fluid interfacial area. Transp. Porous Media 80, 329–344 (2009) Ott, H., de Kloe, K., Marcelis, F., Makurat, A.: Injection of supercritical \({\rm{CO}}_{2}\) in brine saturated sandstone: pattern formation during salt precipitation. Energy Procedia 4, 4425–4432 (2011) Ott, H., Snippe, J., de Kloe, K., Husain, H., Abri, A.: Salt precipitation due to Sc-gas injection: single versus multi-porosity rocks. Energy Procedia 37, 3319–3330 (2013) Peysson, Y.: Permeability alteration induced by drying of brines in porous media. Eur. Phys. J. Appl. Phys. 60, 24206 (2012) Peysson, Y., Andre, L., Azaroual, M.: Well injectivity during \({\rm{CO}}_{2}\) storage operations in deep saline aquifers-Part 1: Experimental investigation of drying effects, salt precipitation and capillary forces. Int. J. Greenh. Gas Control 22, 291–300 (2014) Pruess, K., Müller, N.: Formation dry-out from \({\rm{CO}}_{2}\) injection into saline aquifers: 1. Effects of solids precipitation and their mitigation. Water Resour. Res. 45, W03402 (2009) Roels, S.M., Ott, H., Zitha, P.L.: \(\upmu \) injection into brine-saturated porous media. Int. J. Greenh. Gas Control 27, 146–154 (2014) Schroth, M.H., Istok, J.D., Selker, J.S.: Three-phase immiscible fluid movement in the vicinity of textural interfaces. J. Contam. Hydrol. 32, 1–23 (1998) Shokri, N., Lehmann, P., Or, D.: Evaporation from layered porous media. J. Geophys. Res.: Solid. Earth 1978–2012, 115 (2010) Simjoo, M., Nguyen, Q.P., Zitha, P.L.J.: Rheological transition during foam flow in porous media. Ind. Eng. Chem. Res. 51, 10225–10231 (2012) Spycher, N., Pruess, K.: \({\rm CO}_{2}\)-\({\rm H}_{2}{\rm O}\) mixtures in the geological sequestration of \({\rm CO}_{2}\). II. Partitioning in chloride brines at \(12-100^{\circ }\,{\rm C}\) and up to 600 bar. Geochim. Cosmochim. Acta 69, 3309–3320 (2005) Spycher, N., Pruess, K.: A phase-partitioning model for \({\rm{CO}}_{2}\)-brine mixtures at elevated temperatures and pressures: application to \({\rm{CO}}_{2}\)-enhanced geothermal systems. Transp. Porous Media 82, 173–196 (2010) Van Genuchten, M.T.: A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil Sci. Soc. Am. J. 44, 892–898 (1980) Van Hemert, P., Rudolph, E.S.J., Zitha, P.L.: Micro computer tomography study of potassium iodide precipitation in bentheimer sandstone caused by flow-through \({\rm{CO}}_{2}\) drying. Energy Procedia 37, 3331–3346 (2013) Zuluaga, E., Muñoz, N., Obando, G.: An Experimental Study to Evaluate Water Vaporisation and Formation Damage Caused by Dry Gas Flow Through Porous Media. Society of Petroleum Engineers, International Symposium on Oilfield Scale (2001)