3.3殘余CO2飽和度

運用Excel對數據進行處理，用實驗過程中采集的CO2的總量，減去從驅替液中散逸出的CO2的量，減去實驗開始前儀器管道中存在的CO2的穩量和溶解在流出的驅替液中的從巖心中驅替出的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)，在制作曲線時并沒有將其計算在內。

Li等研究發現氣驅水的殘余水飽和度曲線可以分為3個階段:活塞式驅替階段、攜帶式驅替階段和溶解式驅替階段。以驅替液突破巖心的時間為分界點，本次實驗的殘余CO2飽和度隨時間的變化也可分為兩個階段:活塞式驅替階段和攜帶式驅替階段。如圖10所示，這兩個階段與CO2壓力和流量曲線變化的兩個階段的對應關系很好。

活塞式驅替階段:驅替液突破巖心前，驅替過對巖心中CO2的推擠，將巖心中大部分不受毛細力控制的CO2氣體排出，驅替出的CO2氣量大，殘余CO2飽和度隨時間迅速減小。攜帶驅替階段:驅替液突破巖心后，巖心中的大部O2氣體已被驅出，驅替液只能裹挾出受毛細制較弱的部分氣體和殘留的小部分自由氣體，所以從巖心中驅替出的CO2迅速減少，殘余CO2飽和度隨時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。第二階段對最終的殘余CO2飽和度貢獻很小。本實驗所使用的是飽和了CO2的驅替液，所以不存在Li等實驗中的殘余飽和度曲線的溶解式驅替階段。

3.4實驗預期結果

各種溶液對巖心中CO2驅替效果與界面張力及流體與超臨界CO2的粘性差有關。二者間的粘性差越小，則對CO2的驅替效果越好。據Chalbaud等的研究，溶液中的陽離子對界面張力有影響。界面張力隨著離子濃度的增加而增加，并且隨著陽離子的價位和表面積的增加而增加，所以陽離子對界面張力的影響有以下結果：Cs+<Rb+<NH+4<K+<Na+<Li+<Ca2+.查閱《化學化工物性數據手冊·無機卷》可知，動力粘度有如下關系：超臨界CO2<蒸餾水<10%CaCl2溶液<10%NaCl溶液，具體數據如表2所示。據生如巖的研究，界面張力越小殘余氣飽和度越小，即界面張力越大對CO2的驅替效果越差，殘余CO2飽和度越大。超臨界CO2的粘性比4種驅替液的粘性都小，所以驅替液粘度越小，則與CO2之間的粘性差越小，對CO2的驅替效果也越好，殘余CO2飽和度越小。本次實驗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作用，則實驗結果為：蒸餾水驅替的殘余CO2飽和度<10%NaCl溶液驅替的殘余CO2飽和度<10%CaCl2溶液驅替的殘余CO2飽和度；若粘性起主導作用，則實驗結果為：蒸餾水驅替的殘余CO2飽和度<10%CaCl2溶液驅替的殘余CO2飽和度<10%NaCl溶液驅替的殘余CO2飽和度。

表220℃時NaCl、CaCl2溶液的動力粘度

4結論

(1)在CO2深部咸水含水層封存的機理中，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，束縛氣的存在也對封存機理中的溶解封存和礦化封存有促進作用。殘余氣飽和度評價束縛氣封存量的一個十分重要的參數，通對殘余CO2飽和度的測定可以為評價CO2封存潛力。

(2)比較圖2一圖9及表1，發現出口壓力、壓力差和CO2流量隨時間變化的曲線波動越劇烈，應的殘余CO2飽和度越大。通過對各驅替實O_2流量隨時間變化的曲線和壓力差隨時間變。查閱《化學化的曲線相比較，可以發現CO2流量的波動與壓力差的波動是相對應的。所以該驅替實驗中，巖心夾持器兩端的壓力差對驅出的CO2流量十分敏感。

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

(4)通過對殘余CO2飽和度的對比，發現在質量濃度為10%的溶液中，CaCl2溶液驅替的殘余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。

本次實驗雖說是模擬CO2毛細殘余封存過程，但是沒有考慮到CO2占據含水層中水的空間之后，在毛細力作用下殘留在巖石孔隙中水(殘余水)的影響。所以本次實驗所測得的殘余CO2飽和度，只能用于定性地找出哪種化學類型地下水的束縛氣封存潛力最大，而不能對CO2束縛氣封存量進行定量評價。