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摘要
实际咸水层呈垂向多层分布，物性差异大，毛管力非均质性严重。非纯CO2气体封存过程中，毛管力不仅会圈闭CO2，更会圈闭伴随的杂质气体，影响CO2运移和封存。但是，垂向多层系下毛管力的圈闭机制还不清楚，其对非纯CO2气体封存效率的影响亟待分析。为此结合随机统计地质建模和非纯CO2-盐水两相渗流模型，建立了垂向多层系咸水层非纯CO2封存运移模型；研究了毛管力作用下CO2和杂质气体的运移过程及其羽流发育规律，并对非纯CO2气体垂向运移速率和毛管力圈闭能力进行了量化计算；最后通过敏感性分析，阐明了毛管力大小、非均质程度、杂质体积分数等因素对非纯CO2气体封存效率的影响。研究结果表明，非均质毛管力可有效圈闭非纯CO2气体，增加非纯CO2气体在横向上的波及体积；随着毛管力大小和非均质程度增加，毛管力圈闭量升高，毛管力封存系数增大，但CO2垂向运移速率降幅明显，与杂质气体垂向运移速率的差异幅度增加。毛管力自上而下递减时，底部毛管力圈闭减少，更多的非纯CO2气体将运移到地层上部的各个区域，使得非纯CO2气体毛管力封存系数增加，非纯CO2气体残余封存系数减少，CO2垂向运移速率增大，与杂质气体垂向运移速率的差异幅度减小；随着杂质气体体积分数增加，非纯CO2气体浮力增加，垂向运移速率增大，更多非纯CO2气体运移到地层顶部，非纯CO2气体毛管力封存系数降低，残余封存系数增加。因此为保证封存安全性，应尽可能选择含杂质少的非纯CO2气体注入毛管力大、非均质性强以及垂向毛管力自上而下先递增后递减的咸水层。
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