Моделирование захоронения углекислого газа в вязкоупругой пористой среде

Abstract

Предложена математическая модель фильтрации газа в среде с переменной пористостью. В двумерном случае определяющая система уравнений в предположении малости скорости твердой фазы сведена к параболическому уравнению для эффективного давления среды и уравнению первого порядка для пористости. Проведено численное исследование полученной начально-краевой задачи. Исследовано несколько вариантов параметров нагнетания углекислого газа в пласт с малой начальной пористостью. В ходе численных расчетов определены оптимальные варианты нагнетания газа для его хранения в геологической среде в долгосрочной перспективе. Purpose. This paper presents a model that describes gas filtration in a poroelastic medium. The initial-boundary problem describing carbon dioxide injection into a geological environment is formulated. The purpose of the research is numerical solution of the initial-boundary value problem and the analysis of results of the presented numerical simulation. Methodology. The assumption that the solid phase velocity is small allows reducing the original system of constitutive two-dimensional equations to two equations for the effective pressure and porosity. For numerical implementation, the scheme of alternating directions and the Runge - Kutta method of the fourth order of accuracy are used. A parabolic equation for the effective pressure was solved using the stabilizing correction scheme and the explicit scheme for the heat equation. Grid convergence is tested by a series of computational experiments on sequences of refined grids. Findings. Several options for gas injection are considered. Optimal parameters for storing carbon dioxide in geological formations in the long term have been found. Originality/value. Taking into account the poroelastic properties and the assumption of the deformability of the solid phase of the medium allows making new predictions of the distribution of carbon dioxide in geological media. The research results can be useful for improving existing carbon dioxide storage models and for developing new ones.