CO2在地层水中溶解度实验及理论研究 本科生校优概述Word格式.docx

上传人:b****4 文档编号:17830088 上传时间:2022-12-11 格式:DOCX 页数:13 大小:256.11KB
下载 相关 举报
CO2在地层水中溶解度实验及理论研究 本科生校优概述Word格式.docx_第1页
第1页 / 共13页
CO2在地层水中溶解度实验及理论研究 本科生校优概述Word格式.docx_第2页
第2页 / 共13页
CO2在地层水中溶解度实验及理论研究 本科生校优概述Word格式.docx_第3页
第3页 / 共13页
CO2在地层水中溶解度实验及理论研究 本科生校优概述Word格式.docx_第4页
第4页 / 共13页
CO2在地层水中溶解度实验及理论研究 本科生校优概述Word格式.docx_第5页
第5页 / 共13页
点击查看更多>>
下载资源
资源描述

CO2在地层水中溶解度实验及理论研究 本科生校优概述Word格式.docx

《CO2在地层水中溶解度实验及理论研究 本科生校优概述Word格式.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《CO2在地层水中溶解度实验及理论研究 本科生校优概述Word格式.docx(13页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。

CO2在地层水中溶解度实验及理论研究 本科生校优概述Word格式.docx

ThestorageofCO2indeepsalineaquifersisoneoftheeffectivemethodstoreducethegreenhouseeffect.DuetothecharacteristicsofsupercriticalCO2,thesolubilityofCO2intheformationwaterisgreaterthanthatofhydrocarbongasreservoir.ItisincompletelyclearthatthesupercriticalCO2dissolvesinformationwaterwithdifferentsalinityatpresent.Whenitcomestothisquestion,acombinationofexperimentandnumericalmodelswasadopted.ThesolubilityofCO2informationwaterwithdifferentsalinitiesanddifferentionconcentrationwasmeasuredatdifferentpressureandtemperatureconditionsthroughbalanceliquidflashtest.TheresultsshowthatthesolubilityofCO2informationwatervariesfrom11.83to37.31m3/m3attherangeofexperiments,thattheCO2solubilitydecreaseswithincreasingtemperatureandtheincreaseoftheCO2solubilitywithincreasingtemperatureatlowerpressureisgreaterthanthatathigherpressure,andthattheCO2solubilityincreaseswithincreasingpressureandtheincreaseoftheCO2solubilitywithincreasingpressureatlowertemperatureislessthanthatathighertemperature.

Acomparisonof6models(Chang,Furnival,PR-HV,Duan(2003),Duan(2006)andDubacqmodel)ofCO2solubilityinformationwaterandexperimentaldatashowsthattheaccuracyofDuan(2006)modelisthehighestamongallmodelsinthiswork(AAD=2.77%),Duan(2003)modelisthesecondandthattheaccuracyofChangistheworst(AAD=10.24%).TheworkprovidesanovelmethodforanaccuratelyfastacquirementofthesolubilityofCO2informationwater,andisofgreatsignificancetostudythesolutionmechanismofCO2indeepsalineaquifers.

Keywords:

CO2;

Solubility;

Experiment;

TheoreticalModel;

AAD

1.引言

目前,CO2在深部咸水层中埋存是减轻温室效应的有效途径之一,是减缓温室效应最有效的现实选择。

CO2在咸水层中的埋存机制主要包括构造圈闭埋存、残余气埋存、溶解埋存和矿物埋存4种基本方式。

其中,溶解埋存是CO2溶解在水中,与水中的钙、镁、铁等离子发生反应生成碳酸盐矿物,从而实现CO2圈闭埋存。

我国CO2在深部咸水层中的地质埋存尚处于实验阶段,由于CO2具有超临界特性,CO2在地层水中的溶解能力远大于常规烃类气体,目前超临界CO2在不同矿化度的地层水中溶解规律仍没有完全认识清楚。

对CO2在地层水中的溶解度计算模型研究仍存在较大的争议。

针对此问题,采用物理模拟和理论模型相结合的研究方法,首先通过平衡液体闪蒸实验,测定不同温度不同压力条件下CO2在不同矿化度以及不同离子含量地层水中的溶解度。

然后对比6种CO2溶解度计算模型(Chang、Furnival、PR-HV、Duan(2003)、Duan(2006)、Dubacq)和实验数据,优选出适宜于实验条件下CO2在地层水中溶解度理论模型。

2.物理模拟研究

2.1实验的方法及条件

利用高温高压反应釜配制实验温度压力下的含过饱和CO2的水溶液,温度、压力稳定后开展饱和CO2水样品的单次脱气实验,测定不同温度、压力条件下不同水样品中溶解CO2的能力。

本次实验条件为:

35℃~135℃、8MPa~50MPa。

实验配制的地层水样物性分析见表1:

表1实验配制地层水样物性汇总

HCO3-

Cl-

SO42-

Ca2+

Mg2+

K++Na+

矿化度

水型

PH值

12332.2

2603.3

325.3

26.3

17.3

6427.5

21531.8

NaHCO3

7.7

2.2实验的设备及流程

主要实验设备包括高温高压反应釜、高压驱替泵、气液分离装置、气量计、水离子分析仪及密度计等。

实验流程如图1所示:

图1CO2在地层水中溶解度实验流程图

2.3实验结果与分析

实验结果见图2

图2CO2在地层水中溶解度实验结果图

由图2可知:

(1)CO2在地层水中溶解度在11.83~37.31m3/m3之间变化。

(2)CO2在水中的溶解度随压力的增加而增加,且低压下CO2在水中的溶解增加幅度比高压下大,溶解度曲线在10MPa附近出现变平缓的拐点。

(3)CO2溶解度随温度增加而降低,当温度大于100℃,压力在22MPa左右时,CO2在水中溶解度将发生异常,出现在低压时随温度的增加而降低,但在高压时CO2在水中溶解度将会超过低于100℃时的溶解度。

说明高温(超过100℃)高压条件下CO2在水中的溶解能力随温的升高而增强。

(3)CO2在水中溶解度随矿化度的增加而降低,且高压下矿化度对CO2在水中溶解度影响更明显。

3.理论模型研究

本文对比研究了6种常用的地层水中CO2溶解度模型(Chang模型、Furnival模型、PR-HV模型、Duan(2003)模型、Duan(2006)模型和Dubacq模型)的适用条件。

并对比了不同模型计算值与实验数据的平均相对误差(AAD%),然后优选出适用于CO2在地层水中溶解度模型。

3.1Chang模型及Furnival模型

Chang模型适用于12~100℃,0.1~69MPa,0~6molNaCl/kgH2O。

时,纯水中CO2溶解度为

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

式中,Chang模型的系数ai、bi、ci值列于表2:

表2Chang模型的系数ai、bi、ci值

i=0

i=1

i=2

i=3

i=4

ai

1.163

-16.630

111.073

-376.859

524.889

bi

0.965

-0.272

0.0923

-0.1008

0.0998

ci

1.280

-10.757

52.696

-222.395

462.672

对于盐水,有:

(9)

Furnival模型在Chang模型基础上进行了改进,其中系数a、b、c:

(10)

(11)

(12)

3.2PR-HV模型

PR-EOS模型:

(13)

PR方程用偏差因子可以表示为:

(14)

(15)

(16)

(17)

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

(23)

(24)

则,PR方程结合Huron-Vidal混合规则的逸度系数为:

(25)

3.3Duan(2003)和Duan(2006)模型

Duan(2003)和Duan(2006)模型适用于0~260℃、0~200MPa。

Duan(2003)模型如下:

(26)

(27)

(28)

(29)

(30)

(31)

(32)

(33)

(34)

(35)

Duan(2003)模型中的ci取值见表3:

表3Duan(2003)模型的系数ci的取值表

系数

c1

28.9447706

-0.411370585

3.36389723e-4

c2

-0.0354581768

6.07632013e-4

-1.98298980e-5

c3

-4770.67077

97.5347708

c4

1.02782768e-5

c5

33.8126098

c6

9.0403714e-3

c7

-1.14934031e-3

c8

-0.307405726

.023*******

2.12220830e-3

c9

-0.090731486

0.0170656236

-5.24873303e-3

c10

9.32713393e-4

c11

1.41335834e-5

Duan(2006)模型:

(36)

(37)

其中,ci列于表4中:

表4Duan(2006)模型的系数ci的取值表

3.4Dubacq模型

该方法是活度系数法的一种模型,通过多参数建立了预测CO2在纯水和NaCl水溶液中溶解度的模型

CO2在水中的溶解采用下列公式计算:

(38)

式中,D1=0.5046D2=-3.533D3=-0.1525D4=0.02.307D5=-0.4801。

3.5计算模型优选

为了优选CO2在地层水中溶解度计算模型,定义平均相对误差(AAD)为:

(39)

不同温度压力下,CO2在地层水中溶解度的6种计算模型及其AAD见图3~9:

图3地层水中CO2溶解度不同模型计算值和实验数据对比(35℃)

图4地层水中CO2溶解度不同模型计算值和实验数据对比(55℃)

图5地层水中CO2溶解度不同模型计算值和实验数据对比(75℃)

图6地层水中CO2溶解度不同模型计算值和实验数据对比(95℃)

图7地层水中CO2溶解度不同模型计算值和实验数据对比(115℃)

图8地层水中CO2溶解度不同模型计算值和实验数据对比(135℃)

图9CO2在地层水中溶解度模型AAD对比图

由图3~9可知:

(1)低温条件下:

Duan(2006)模型误差最小,AAD=2.87%其次为Furnival模型(AAD=5.22%),最差的是Chang模型(AAD=10.81%)。

高温条件下:

Duan(2006)模型误差最小,AAD=2.66%其次为Duan(2003)模型(AAD=6.40%),最差的是Dubacq模型(AAD=10.81%)

(2)低压条件下(<

22MPa)Duan(2006)模型误差最小,AAD=2.71%其次为Duan(2003)模型(AAD=7.80%),最差的是Dubacq模型(AAD=13.72%);

高压条件下(>

22MPa)Duan(2006)模型误差最小,AAD=2.85%其次为Duan(2003)模型(AAD=8.02%),最差的是Dubacq模型(AAD=14.80%)。

(3)在地层水矿化度条件下,所有温度压力范围内,CO2在地层水中溶解度Duan(2006)模型误差最小,AAD=2.77%,其次为Duan(2003)模型(3.27),最差的是Chang模型(AAD=10.24%)。

结论

(1)本实验范围内,CO2在地层水中溶解度在11.83~37.31m3/m3之间变化。

(2)温度越高,CO2的溶解度越低;

低压下,随温度增加CO2溶解度降低幅度比高压下大。

压力越高,CO2的溶解度越大;

低温下,随压力增加CO2溶解度增加的幅度比高温下小。

CO2在水中溶解度随矿化度的增加而降低,且高压下矿化度对CO2溶解度影响更显著。

(3)Duan(2006)模型最适于计算CO2在地层水中的溶解度(AAD=2.77%),其次是Duan(2003)模型(AAD=3.27%),Chang、Dubacq模型不适用于CO2溶解度计算(AAD=10.24%和AAD=8.62%)。

展开阅读全文
相关资源
猜你喜欢
相关搜索

当前位置:首页 > 初中教育 > 其它课程

copyright@ 2008-2022 冰豆网网站版权所有

经营许可证编号:鄂ICP备2022015515号-1