非纯净CO2在咸水层地质封存中运移行为与赋存形态模拟研究

来源：石油科学通报杂志2026年第1期北京时间：

作者：朱淑艳, 侯磊, 张书勇, 许子聪, 刘倩

单位：1 中国石油大学(北京)机械与储运工程学院，北京 1022492 国家能源地下储气库研发中心中国石油大学(北京)分中心，北京 1022493 国家石油天然气管网集团工程技术创新公司，天津 300450

摘要：二氧化碳地质封存(GCS)是实现“双碳”战略目标的重要技术途径之一。由于工业源CO2通常含有多种杂质气体，其提纯成本高，操作难度大，在实际工程中往往将杂质气体与CO2共同注入地下。基于某CCS示范工程区石千峰组储层地质特征，构建二维地质模型，采用CMG-GEM组分模拟器开展非纯净CO2的反应运移模拟。选取N2和H2S作为典型杂质组分，模拟非纯净CO2在咸水层中的运移路径、赋存形态及其空间分布特征，系统分析结构封存、残余气封存和溶解封存在不同阶段对CO2封存行为的主导性变化，探讨毛细管压力在非纯净CO2地质封存过程中的作用。模拟结果表明，注入初期CO2主要以超临界态聚集于储层顶部，随后束缚态和溶解态CO2比例增加，封存稳定性与安全性显著提升；CO2运移过程呈现明显的时空分异特征，注入气体在浮力驱动下迅速上升并聚集于盖层底部，随后在密度差和浓度梯度驱动下缓慢回流，促进溶解扩散，停注后气体沿盖层底部径向扩散，形成最大扩散距离约650 m的“舌形”前缘；杂质组分运移行为差异明显，N2因溶解度低聚集于气液相驱替前缘，CO2和H2S由于溶解度较高在近井区形成溶解富集区，最高溶解度分别达到1.4 mol/kg-H2O和0.53 mol/kg-H2O；毛细管压力通过抑制气相迁移速率增强溶解封存效率，在注入后期诱发地层水反向渗吸，促使更多CO2以残余气形式滞留于孔隙中，有效提升残余气封存比例。综合分析表明，非纯净CO2在咸水层中的封存行为受杂质特性、赋存形态及毛细管压力等因素共同影响。研究成果为非纯净CO2地质封存工程的注入方案优化提供科学依据，对保障CO2长期封存安全性与提升封存效率具有重要指导意义。

关键词：咸水层地质封存,非纯净CO2,运移行为,赋存形态,数值模拟