Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Mô hình vận chuyển khí trong lớp đất nông cạn trong thử nghiệm phát thải CO2 ZERT
Tóm tắt
Chúng tôi đã sử dụng mô hình TOUGH2/EOS7CA đa pha và đa thành phần để thực hiện các mô phỏng dự đoán việc bơm CO2 vào lớp đất nông cạn của một cánh đồng nông nghiệp ở Bozeman, Montana. Mục đích của các mô phỏng này là để thông báo lựa chọn tốc độ bơm CO2 và thiết kế các hoạt động giám sát và phát hiện cho một thí nghiệm thải CO2. Cấu hình thí nghiệm thải bao gồm một giếng nằm ngang dài (70 m) được lắp đặt ở độ sâu khoảng 2,5 m, nơi CO2 được bơm để mô phỏng việc rò rỉ từ một địa điểm lưu giữ carbon địa chất thông qua một đặc điểm tuyến tính như một đứt gãy. Chúng tôi đã ước tính độ thấm của các lớp đất và đá cuội tại địa điểm bằng cách đảo ngược thủ công các phép đo dòng CO2 trong đất từ một thử nghiệm phát thải CO2 tại giếng thẳng đứng. Dựa trên các giá trị độ thấm ước tính này, các mô phỏng dự đoán cho giếng nằm ngang cho thấy việc bơm CO2 ngay dưới mực nước tạo ra một con đường dòng khí hiệu quả qua vùng bão hòa lên đến vùng không bão hòa. Khi vào vùng không bão hòa, CO2 lan tỏa theo chiều ngang trong lớp đá cuội, nơi độ bão hòa chất lỏng tương đối thấp. CO2 cũng di chuyển lên trên vào lớp đất thông qua rào cản mao dẫn và rỉ ra ở bề mặt đất. Các mô phỏng dự đoán thời gian phát hiện khoảng hai ngày cho tốc độ bơm 100kg d−1, điều này cũng tạo ra một dòng chảy trong khoảng mong muốn cho việc thử nghiệm các phương pháp phát hiện và giám sát. Khu vực rò rỉ do mô hình tạo ra có chiều rộng khoảng năm mét trên giếng nằm ngang, tương thích với các phương pháp phát hiện và giám sát đã được thử nghiệm. Đối với một lưu lượng nhất định, sự khuếch tán pha khí của CO2 có xu hướng chiếm ưu thế hơn sự khuếch tán do chuyển động gần bề mặt đất, nơi mà gradient nồng độ CO2 là lớn, trong khi sự chuyển động chiếm ưu thế sâu hơn trong hệ thống.
Từ khóa
#bơm CO2 #độ thấm #mô phỏng dự đoán #giếng nằm ngang #rò rỉ carbon #phương pháp phát hiệnTài liệu tham khảo
Britter R.E.: Atmospheric dispersion of dense gases. Annu. Rev. Fluid Mech. 21, 317–344 (1989)
Brooks M.C., Zise W.R., Annable M.D.: Fundamental changes in in-situ airsparging flow patterns. Ground Water Monit. Remediat. 19(2), 105–113 (1999)
Corapcioglu M.Y., Cihan A., Drazenovic M.: Rise velocity of an air bubble in porous media: theoretical studies. Water Resour. Res. 40, W04214 (2004)
Cortis A., Oldenburg C.M., Benson S.M.: The role of optimality in characterizing CO2 seepage from geologic carbon sequestration sites. Int. J. Greenhouse Gas Control 2, 640–652 (2008)
Evans W.C., Sorey M.L., Kennedy B.M., Stonestrom D.A., Rogie J.D., Shuster D.L.: High CO2 emissions through porous media: transport mechanisms and implications for flux measurement and fractionation. Chem. Geol. 177, 15–29 (2001)
Hanna S.R., Steinberg K.W.: Overview of petroleum environmental research forum (PERF) dense gas dispersion modeling project. Atmos. Environ. 35, 2223–2229 (2001)
Hillel, D.: Environmental Soil Physics. Academic Press, San Diego, CA, 771 pp (1998)
Ji W., Dahmani A., Ahlfied D.P., Lin J.D., Hill E. III: Laboratory study of air sparging: air flow visualization. Ground Water Monit. Remediat. 13(4), 115–126 (1993)
Leuning R., Etheridge D., Luharb A., Dunse B.: Atmospheric monitoring and verification technologies for CO2 geosequestration. Int. J. Greenhouse Gas Control 2(3), 401–414 (2008)
Lewicki J.L., Oldenburg C.M., Dobeck L., Spangler L.: Surface CO2 leakage during the first shallow subsurface CO2 release experiment. Geophys. Res. Lett. 34, L24402 (2007)
Mokwa, R.: Subsurface exploration for the MSU CO2 injection project—Phase I. Unpublished report, Civil Engineering Department, Montana State University (2006)
Oldenburg, C.M., Lewicki, J.L.: On leakage and seepage of CO2 from geologic storage sites into surface water. Environ. Geol. 50(5), 691–705 (2006)
Oldenburg C.M., Pruess K.: On numerical modeling of capillary barriers. Water Resour. Res. 29(4), 1045–1056 (1993)
Oldenburg C.M., Unger A.J.A.: On leakage and seepage from geologic carbon sequestration sites: unsaturated zone attenuation. Vadose Zone J. 2, 287–296 (2003)
Oldenburg, C.M., Lewicki, J.L., Hepple, R.P.: Near-surface monitoring strategies for geologic carbon dioxide storage verification. Lawrence Berkeley National Laboratory Report, LBNL-54089, October (2003)
Oldenburg, C.M., Moridis, G.J., Spycher, N., Pruess, K.: EOS7C Version 1.0: TOUGH2 module for carbon dioxide or nitrogen in natural gas (methane) reservoirs. Lawrence Berkeley National Laboratory Report LBNL-56589, March 2004. http://www-esd.lbl.gov/TOUGHPLUS/manuals/TOUGH2-EOS7C_Users_Guide.pdf
Pruess, K.: ECO2N: A TOUGH2 fluid property module for mixtures of water, NaCl, and CO2, Lawrence Berkeley National Laboratory Report, LBNL-57952, August 2005. http://esd.lbl.gov/TOUGH2/eco2n_man.pdf
Pruess K.: On CO2 fluid flow and heat transfer behavior in the subsurface, following leakage from a geologic storage reservoir. Environ. Geol. 54(8), 1677–1686 (2008)
Pruess, K., Oldenburg, C., Moridis, G.: TOUGH2 User’s Guide, Version 2.0. Lawrence Berkeley National Laboratory Report, LBNL-43134, November (1999)
Roosevelt S.E., Corapcioglu M.Y.: Air bubble migration in a granular porous medium: experimental studies. Water Resour. Res. 34(5), 1131–1142 (1998)
van Genuchten M.Th.: A closed-form equation for predicting the hydraulic conductivity of unsaturated soils. Soil Sci. Soc. 44, 892–898 (1980)
Wilkey, P.L., Bogner, J.E., Mourad, G., McRae, T.G.: Rio Vista gas leak study: belleaire gas field, California. Gas Research Institute GRI-91/0047, August (1992)