توصيفگر ها :
ترسيب دياكسيد كربن , سفرههاي آب شور , تكامل فشار , مكانيسمهاي به دام افتادن
چكيده فارسي :
افزايش فزاينده غلظت دياكسيد كربن (CO₂) در جو، يكي از محركهاي اصلي تغييرات اقليمي جهاني است و همين امر توسعه و بهكارگيري راهبردهاي مؤثر كاهش انتشار را ضروري ميسازد. فناوري جذب و ذخيرهسازي كربن (CCS)، بهويژه در آبخوانهاي عميق شور، يكي از مهمترين روشها براي جداسازي و ذخيره حجمهاي زياد CO₂ صنعتي محسوب ميشود. با اين حال، كارايي و ايمني بلندمدت اين ذخيرهسازي زمينشناختي تحت تأثير جريان چندفازي و مكانيسمهاي بهدامافتادگي پيچيده قرار دارد و براي بهينهسازي آنها به ابزارهاي پيشبينيكننده دقيق نياز است. در اين پژوهش، از شبيهسازي عددي پيشرفته با استفاده از شبيهساز تركيبي GEM متعلق به Computer Modelling Group (CMG) براي ارزيابي و بهينهسازي فرايند ذخيرهسازي CO₂ در يك آبخوان شور عميق استفاده شده است. يك روش سيستماتيك شامل مراحل زير توسعه يافت، ساخت مدل سهبعدي همگن، كاليبراسيون معادله حالت پنگ-رابينسون براي توصيف دقيق رفتار فازي CO₂–آبنمك، تعريف تعاملات سنگ–سيال. در اين مطالعه، 10 سال تزريق CO₂ و سپس يك دوره پايش بلندمدت شبيهسازي شد تا تكامل ديناميكي مكانيسمهاي بهدامافتادگي شامل ساختاري، باقيمانده و انحلالي ارزيابي شود. نتايج بهطور واضح نشان ميدهد كه جدايش ثقلي نقش غالب دارد و به پيشروي قائم و جانبي توده CO₂ درست در زير سنگپوش (caprock) منجر ميشود. همچنين يك حباب فشاري قابلتوجه در اطراف چاه تزريق ايجاد ميشود كه اهميت حياتي مديريت فشار براي جلوگيري از مخاطرات ژئومكانيكي را نشان ميدهد. بررسي ويژگيهاي ديناميك مخزن—بهويژه تغييرات تراوايي نسبي گاز—شاهدي بر فعال شدن تدريجي بهدامافتادگي باقيمانده است؛ مكانيسمي كه با گذر زمان بخش زيادي از توده CO₂ را غيرمتحرك كرده و امنيت ذخيرهسازي را افزايش ميدهد. بهدامافتادگي انحلالي نيز از همان ابتدا آغاز ميشود و مسير پايداري دائمي بلندمدت را رقم ميزند. در جمعبندي، اين پاياننامه يك چارچوب شبيهسازي معتبر با استفاده از CMG-GEM ارائه ميدهد و ماهيت چندمكانيسمي ذخيرهسازي CO₂ را نشان ميدهد؛ جايي كه بهدامافتادگي ساختاري، باقيمانده و انحلالي بهصورت پيدرپي عمل كرده و ذخيرهسازي ايمن و دائمي را تضمين ميكنند. يافتهها بينشهاي كليدي براي طراحي استراتژيهاي تزريق و پروتكلهاي ارزيابي ريسك فراهم كرده و به اجراي عملي فناوري CCS در تلاش جهاني براي مقابله با تغييرات اقليمي كمك ميكند.
چكيده انگليسي :
The escalating concentration of atmospheric carbon dioxide (CO₂) is a primary driver of global climate change, necessitating the development and deployment of effective mitigation strategies. Carbon Capture and Storage (CCS), particularly in deep saline aquifers, represents a pivotal technology for sequestering large volumes of industrial CO₂ emissions. However, the efficiency and long-term security of geological storage are governed by complex multiphase flow and trapping mechanisms, which require robust predictive tools for optimization. This research employs advanced numerical simulation using the Computer Modelling Groupʹs GEM compositional simulator (CMG) to evaluate and optimize CO₂ sequestration in a representative deep saline aquifer. A systematic methodology was developed, involving the construction of a 3D homogeneous model, calibration of the Peng-Robinson Equation of State for accurate CO₂-brine phase behavior, and definition of rock-fluid interactions. The study simulated 10 years of CO₂ injection followed by a long-term monitoring period to assess the dynamic evolution of trapping mechanisms: structural, residual, and solubility trapping. The results unequivocally demonstrate the dominance of gravity segregation, leading to a characteristic override of the CO₂ plume, which migrates laterally beneath the caprock. A significant pressure "bulb" develops around the injection well, highlighting the critical importance of pressure management for geomechanical integrity. The analysis of dynamic properties, particularly the evolution of gas relative permeability, provides direct evidence of the gradual activation of residual trapping, which immobilizes a substantial portion of the CO₂ plume over time, thereby enhancing storage security. Solubility trapping initiates immediately, marking the beginning of long-term permanent stabilization.
In conclusion, this thesis validates a robust simulation workflow using CMG-GEM and demonstrates the multi-mechanistic nature of CO₂ sequestration, where structural, residual, and solubility trapping act in sequence to ensure safe and permanent storage. The findings provide critical insights for designing injection strategies and risk assessment protocols, contributing to the practical deployment of CCS technology in the global effort to combat climate change.