咸水層封存條件下CO2-鹽水界面張力實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、工業(yè)化以來大量溫室氣體尤其是二氧化碳的排放造成了全球性的氣候環(huán)境變化，國(guó)際社會(huì)廣泛呼吁二氧化碳減排并為此制定了相關(guān)政策。我國(guó)作為全球第一的碳排放大國(guó)，發(fā)展二氧化碳減排技術(shù)刻不容緩。二氧化碳捕集與封存技術(shù)是國(guó)際公認(rèn)的有效減排措施之一，其中咸水層由于其分布廣泛、封存量巨大而廣受關(guān)注。國(guó)外研究以海相咸水層為主，陸相咸水層研究較少，而我國(guó)地理特色表現(xiàn)為陸相沉積盆地中的咸水層封存潛力較大。因此結(jié)合我國(guó)地理特色開展陸相咸水層條件下的二氧化碳封存的相

2、關(guān)研究具有重大意義。
　　毛細(xì)管封存是研究陸相咸水層二氧化碳地質(zhì)封存中的重要機(jī)理，孔隙中毛細(xì)管力的大小和方向受到氣-水界面張力的直接影響。本文針對(duì)毛細(xì)管封存機(jī)理，以長(zhǎng)期安全封存為研究目的，搭建了一套模擬實(shí)際封存條件的軸對(duì)稱滴形分析-懸滴法測(cè)量CO2-鹽水體系界面張力的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)工況對(duì)應(yīng)于1000-2000m的實(shí)際地層深度，溫度范圍為300-353K，壓力范圍3-12MPa，考慮到實(shí)際地層水的鹽度差異，設(shè)計(jì)了0～117g/L

3、范圍內(nèi)的6種實(shí)驗(yàn)鹽度，實(shí)驗(yàn)共得到1254個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。
　　本文研究表明，實(shí)驗(yàn)工況內(nèi)界面張力最低值在23mN/m左右，不會(huì)出現(xiàn)驟降到0值的情況，這論證了封存的可行性。通過分析溫度、壓力和鹽度對(duì)于界面張力的影響，得出界面張力是隨著壓力的升高而降低，隨著溫度和鹽度的升高而升高的結(jié)論。隨著壓力升高到一定程度，界面張力會(huì)達(dá)到一個(gè)類平穩(wěn)狀態(tài)。給定溫度下，純水及不同濃度鹽水和二氧化碳體系在相同壓力下達(dá)到類平穩(wěn)，不同溫度下達(dá)到類平穩(wěn)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的壓力也

4、不同。類平穩(wěn)狀態(tài)對(duì)應(yīng)的界面張力值與壓力無關(guān)，隨著溫度和鹽度的升高而略微有所增加。
　　本文研究還表明，同溫壓條件下CO2-鹽水界面張力相對(duì)于CO2-純水界面張力的增量和鹽水的摩爾濃度呈線性關(guān)系。同時(shí)本文還研究了密度差和界面張力值之間的變化關(guān)系，認(rèn)為:存在一個(gè)密度差閾值，當(dāng)密度差高于該閾值時(shí)，微小的密度差變化都會(huì)引起界面張力的大幅度變化，而小于該閾值時(shí)，界面張力的變化量相對(duì)平穩(wěn)。
　　基于Parachor物理模型的變形以及本文