3.3殘余CO2飽和度

運(yùn)用Excel對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，用實(shí)驗(yàn)過(guò)程中采集的CO2的總量，減去從驅(qū)替液中散逸出的CO2的量，減去實(shí)驗(yàn)開始前儀器管道中存在的CO2的穩(wěn)量和溶解在流出的驅(qū)替液中的從巖心中驅(qū)替出的1 CO2，即得到了殘余的CO2量，最后換算成10MPa條件下的CO2體積。代入式(2)得到各種情況下的殘余CO2飽和度，如表1所示。但是最后溶解的那部分CO2的量很小(0.1g左右)，在制作曲線時(shí)并沒(méi)有將其計(jì)算在內(nèi)。

Li等研究發(fā)現(xiàn)氣驅(qū)水的殘余水飽和度曲線可以分為3個(gè)階段:活塞式驅(qū)替階段、攜帶式驅(qū)替階段和溶解式驅(qū)替階段。以驅(qū)替液突破巖心的時(shí)間為分界點(diǎn)，本次實(shí)驗(yàn)的殘余CO2飽和度隨時(shí)間的變化也可分為兩個(gè)階段:活塞式驅(qū)替階段和攜帶式驅(qū)替階段。如圖10所示，這兩個(gè)階段與CO2壓力和流量曲線變化的兩個(gè)階段的對(duì)應(yīng)關(guān)系很好。

活塞式驅(qū)替階段:驅(qū)替液突破巖心前，驅(qū)替過(guò)對(duì)巖心中CO2的推擠，將巖心中大部分不受毛細(xì)力控制的CO2氣體排出，驅(qū)替出的CO2氣量大，殘余CO2飽和度隨時(shí)間迅速減小。攜帶驅(qū)替階段:驅(qū)替液突破巖心后，巖心中的大部O2氣體已被驅(qū)出，驅(qū)替液只能裹挾出受毛細(xì)制較弱的部分氣體和殘留的小部分自由氣體，所以從巖心中驅(qū)替出的CO2迅速減少，殘余CO2飽和度隨時(shí)間減小的速率也大大降低，隨著巖心CO2氣體不斷減少，殘余CO2飽和度最終趨于定。不同溶液驅(qū)替條件下殘余CO2飽和度趨于的速率由大到小依次為:10%CaCl2溶液、%NaCl溶液、蒸餾水。第二階段對(duì)最終的殘余CO2飽和度貢獻(xiàn)很小。本實(shí)驗(yàn)所使用的是飽和了CO2的驅(qū)替液，所以不存在Li等實(shí)驗(yàn)中的殘余飽和度曲線的溶解式驅(qū)替階段。

3.4實(shí)驗(yàn)預(yù)期結(jié)果

各種溶液對(duì)巖心中CO2驅(qū)替效果與界面張力及流體與超臨界CO2的粘性差有關(guān)。二者間的粘性差越小，則對(duì)CO2的驅(qū)替效果越好。據(jù)Chalbaud等的研究，溶液中的陽(yáng)離子對(duì)界面張力有影響。界面張力隨著離子濃度的增加而增加，并且隨著陽(yáng)離子的價(jià)位和表面積的增加而增加，所以陽(yáng)離子對(duì)界面張力的影響有以下結(jié)果：Cs+<Rb+<NH+4<K+<Na+<Li+<Ca2+.查閱《化學(xué)化工物性數(shù)據(jù)手冊(cè)·無(wú)機(jī)卷》可知，動(dòng)力粘度有如下關(guān)系：超臨界CO2<蒸餾水<10%CaCl2溶液<10%NaCl溶液，具體數(shù)據(jù)如表2所示。據(jù)生如巖的研究，界面張力越小殘余氣飽和度越小，即界面張力越大對(duì)CO2的驅(qū)替效果越差，殘余CO2飽和度越大。超臨界CO2的粘性比4種驅(qū)替液的粘性都小，所以驅(qū)替液粘度越小，則與CO2之間的粘性差越小，對(duì)CO2的驅(qū)替效果也越好，殘余CO2飽和度越小。本次實(shí)驗(yàn)中界面張力和流體間粘性差的作用是相抵觸的。在界面張力和粘性兩種因素中，如果界面張力起主導(dǎo)作用，則實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：蒸餾水驅(qū)替的殘余CO2飽和度<10%NaCl溶液驅(qū)替的殘余CO2飽和度<10%CaCl2溶液驅(qū)替的殘余CO2飽和度；若粘性起主導(dǎo)作用，則實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：蒸餾水驅(qū)替的殘余CO2飽和度<10%CaCl2溶液驅(qū)替的殘余CO2飽和度<10%NaCl溶液驅(qū)替的殘余CO2飽和度。

表220℃時(shí)NaCl、CaCl2溶液的動(dòng)力粘度

4結(jié)論

(1)在CO2深部咸水含水層封存的機(jī)理中，束縛氣封存在封存潛力和安全性方面具有十分重要的意義。同時(shí)，束縛氣的存在也對(duì)封存機(jī)理中的溶解封存和礦化封存有促進(jìn)作用。殘余氣飽和度評(píng)價(jià)束縛氣封存量的一個(gè)十分重要的參數(shù)，通對(duì)殘余CO2飽和度的測(cè)定可以為評(píng)價(jià)CO2封存潛力。

(2)比較圖2一圖9及表1，發(fā)現(xiàn)出口壓力、壓力差和CO2流量隨時(shí)間變化的曲線波動(dòng)越劇烈，應(yīng)的殘余CO2飽和度越大。通過(guò)對(duì)各驅(qū)替實(shí)O_2流量隨時(shí)間變化的曲線和壓力差隨時(shí)間變。查閱《化學(xué)化的曲線相比較，可以發(fā)現(xiàn)CO2流量的波動(dòng)與壓力差的波動(dòng)是相對(duì)應(yīng)的。所以該驅(qū)替實(shí)驗(yàn)中，巖心夾持器兩端的壓力差對(duì)驅(qū)出的CO2流量十分敏感。

(3)從表1可以看出，蒸餾水驅(qū)替的殘余CO2飽和度<10%NaCl溶液驅(qū)替的殘余CO2飽和度<10%CaCl2溶液驅(qū)替的殘余CO2飽和度，說(shuō)明在界面張力和流體粘性共同作用下，界面張力對(duì)巖心中CO2驅(qū)替效果的影響起主導(dǎo)作用。

(4)通過(guò)對(duì)殘余CO2飽和度的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)在質(zhì)量濃度為10%的溶液中，CaCl2溶液驅(qū)替的殘余CO2飽和度最大，NaCl溶液的次之，混合液的最小。所以可以認(rèn)為，就地下深部咸水含水層而言，這3種類型鹽水中，Cl-Ca型水束縛氣封存潛力最大，其次是Cl-Na型水，Cl-Na·Ca型水最差。

本次實(shí)驗(yàn)雖說(shuō)是模擬CO2毛細(xì)殘余封存過(guò)程，但是沒(méi)有考慮到CO2占據(jù)含水層中水的空間之后，在毛細(xì)力作用下殘留在巖石孔隙中水(殘余水)的影響。所以本次實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的殘余CO2飽和度，只能用于定性地找出哪種化學(xué)類型地下水的束縛氣封存潛力最大，而不能對(duì)CO2束縛氣封存量進(jìn)行定量評(píng)價(jià)。