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文献综述
一 研究背景
随着全球变暖,生态环境的恶化 ,面对此形势，我们不得不采取一系列措施来减少CO2的排放。把CO2封在地质下是一种有效的方法，然而我国目前对于CO2地质封存的研究除了利用强化驱油所进行的CO2在油藏中的地质封存已展开现场大型试验外,在其余地质封存这类方面还缺少研究，特别是CO2深部盐水层地质封存[1]。CO2在盐水中主要有构造封存、残余气封存、溶解封存和矿物封存四种封存方式，不管是哪一种封存，最后都会转变为两种永久封存形态，一种是溶解封存另一种是矿物封存，其中矿物封存所占的总封存量很小[2-6]。目前为止，人类对石油、煤炭、天然气等化石燃料的需求与使用暂时不会减弱，因此，继续寻找新能源或者减少排放CO2来保护环境，与此同时我们也要考虑经济等一系列问题，最终来确保社会的可持续发展[7]。CO2的捕获和埋存是其中一个非常有前景的重要途径。
CO2的捕获和埋存（CCS）是指将CO2从工业或相关能源中分离出来，输送到一个封存地点，并且长期与大气隔绝的一个过程。地质埋存、海洋埋存、森林和陆地生态埋存是当前可行的三大类CO2埋存方式，其中，CO2深盐水层埋存，一般不涉及对生态圈的影响，而且全球预测可以埋存CO2达1000～10000千兆吨，具有广阔的前景，未来很有希望在缓解温室气体排放压力方面发挥巨大的作用。国外很多机构已针对CO2深盐水层埋存中的各种问题，从不同角度，使用不同模型、方法进行了模拟方面的研究，例如TOUGH系列的模拟程序，除此之外，其他机构也开发出各自的模拟软件。当在盐水层中注入CO2，由于浮力作用，CO2浮在盐水的上层。随着时间增长，CO2发生轻微溶解，导致上层富含CO2的盐水的密度大于下层纯盐水，引起重力不稳定性，最终引发了浮力驱动流。这种由密度不均而引发的界面对流，通常称为Rayleigh对流。Rayleigh对流加速了CO2自界面向盐水层底部溶解，减少了储存过程所需时间。因此研究盐水中Rayleigh对流的对流结构和传质效率对评估盐水层储存量和安全性有十分重要的意义。
二 国内外研究进展
将二氧化碳注入深部含水层，这种方法要考虑到减少二氧化碳的排放。在此方法中，二氧化碳将被注入低渗透盖层下的渗透多孔带，这样二氧化碳将在含水层中停留很长一段时间。在深盐水地层的温度和压力条件下，注入的二氧化碳将处于超临界状态（scCO2），其密度将低于天然水相。由于这种密度差异，注入的二氧化碳将倾向于上升到渗透层的顶部，并在盖层下面扩散。
盐水层中有四种CO2储存方式：（1）作为（流动）分离的超临界相；（2）作为捕获的scCO2；（3）溶解在水相中；（4）作为固体矿物[7]。最初，注入的大多数二氧化碳将以游离相scCO2的形式存在，但随着时间的推移，其他储存方式变得更加重要[8,9]。随着CO2被捕获、溶解并最终与固相发生化学结合，储存安全性和储存持久性提高；因此在每种模式下的停留时间和相对CO2量都非常重要。
注入的二氧化碳将倾向于在盖层下扩散，在距注入井一定距离处，上方的游离二氧化碳相和下方的水相之间可能有一个近乎水平的界面。界面的几何细节将受到多孔介质性质的影响；为简单起见，我们将考虑界面相对平坦。在界面处CO2会溶解到水相中，如果水相不动，则CO2的溶解速率将受到通过分子扩散从界面上清除CO2的速率的限制。这个过程是缓慢的，二氧化碳的溶解速度会随着时间的推移而降低。
