In this study, numerical simulation

In this study, numerical simulations are used to investigate the physical process of solubility trapping to obtain a better
understanding of the 3D effects on solubility trapping including the effects of inclined caprock surface. The paper is organised as follows. In Section 2, the governing equations, the numerical methods and resolutions, and the initial and boundary conditions used in the simulations are given. In Section 3, the fluid dynamic behaviours of density driven fingering under different conditions including the effects of inclined caprock surfaces are examined. Finally, conclusions from the study are drawn.
2. Problem and methods
Most studies were carried out with horizontal caprocks considered in the physical model, but some geological formations possess naturally inclined caprock. Important examples include the Carrizo- Wicox aquifer and the Mt. Simon aquifer in the US, and saline aquifer in the Alberta Basin in Canada [30–32]. In this case, the CO2 plume would preferentially migrate along the inclination due to the buoyancy. For the solubility trapping, the flow behaviours of aqueous phase in the inclined cases are different from that of the horizontal cases. The gravitational force is no longer normal to the caprock surface; hence, density-driven fingering caused by the gravitational instability may present more complicated features.
Motivated by naturally inclined geological formations, comparisons of the dissolving process and instantaneous behaviours
between the two cases are needed.
After injection, CO2 will likely locate under the caprock and there will be an interface formed between the free CO2-rich phase above and the brine phase below, as shown in Fig. 1(a). For simplicity, the interface can be assumed to be flat as shown in Fig. 1(b). Two scenarios are considered in this study in terms of the orientation of the caprock surface: normal to the gravity and inclined with an angle. In the case of inclined caprock, since pressure increases with the depth in the subsurface and the dissolved CO2 mass fraction in brine increases with pressure [2], the dissolved CO2 concentration
is affected by the inclination of caprock. However, the physical domain sizes and the inclinations are small in this study,
so the variations of concentration of dissolved CO2 along the caprock are omitted. At the interface, the dissolved CO2 will be transported downward by molecular diffusion in the aqueous phase, which is very slow unless the convection occurs. To avoid dealing with complicated capillary force of two-phase flow, the top boundary is modelled by a condition of constant saturated concentration of dissolved CO2 in brine [9]. Since 3D simulations are significantly more resources-intensive, most of the analyses for this problem were based on 2D models. Although some important relations, for instance, the relations between the onset time of convection, critical wavelength and critical depth of diffusive layer and Rayleigh number, were obtained using 2D simulations, 2D simulations still have some limitations, such as the fingering structures and the flow behaviours. 3D simulations add a degree of freedom to the fingering phenomena and thus increase the complexity. Comparisons between 2D and 3D simulations of the diffusionconvection process are needed to determine whether the 3D results will be significantly different from 2D simulations. Both 2D and 3D cases are considered in this study. Moreover, geochemical reactions which generally occur at long time scales [35] are neglected in this case. Accordingly CO2 acts as a conservative solute tracer in the computational domain [3].

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

ในการศึกษานี้ จำลองตัวเลขจะใช้ในการตรวจสอบทางกายภาพกระบวนการละลายดักรับดีกว่าความเข้าใจของสามมิติบนดักละลายรวมถึงการลักษณะพิเศษของพื้นผิว caprock เข้าใจ แหล่งกระดาษดังนี้ ในส่วน 2 สมการควบคุม วิธีตัวเลข และความ ละเอียด และเริ่มต้น และเงื่อนไขขอบเขตที่ใช้ในแบบจำลองจะได้รับ พฤติกรรมแบบไดนามิกของเหลวความหนาแน่นโยนภายใต้เงื่อนไขต่าง ๆ รวมถึงการลักษณะพิเศษของพื้นผิว caprock เข้าใจการขับเคลื่อนของจะตรวจสอบใน 3 ส่วน สุดท้าย บทสรุปจากการศึกษาจะออก 2. ปัญหาและวิธีการการศึกษาส่วนใหญ่ได้ดำเนินการ ด้วยแนวนอน caprocks พิจารณาในแบบจำลองทางกายภาพ ได้ก่อตัวบางธรณีวิทยามี caprock เข้าใจธรรมชาติ ตัวอย่างสำคัญได้แก่ aquifer Carrizo - Wicox และ aquifer Simon ภูเขาไฟในสหรัฐอเมริกา และ saline aquifer ในลุ่มอัลเบอร์ตาในแคนาดา [30-32] ในกรณีนี้ เบิ้ลพลูม CO2 จะขึ้นก่อนย้ายไปตามความเอียงเนื่องจากการพยุง สำหรับการจับความละลาย วิญญาณขั้นตอนของระยะอควีในกรณีกินแตกต่างกันจากกรณีแนวนอน แรงความโน้มถ่วงจะไม่ปกติผิว caprock ดังนั้น ควบคุมความหนาแน่นโยนสาเหตุมาจากความไม่เสถียรของความโน้มถ่วงอาจแสดงลักษณะการทำงานซับซ้อนมากขึ้นแรงจูงใจ โดยธรรมชาติเข้าใจธรณีวิทยาก่อตัว การเปรียบเทียบการยุบกระบวนการและพฤติกรรมที่กำลังระหว่างสองกรณีมีความจำเป็นหลังจากฉีด CO2 อาจจะหาภายใต้การ caprock และจะมีอินเทอร์เฟซระหว่าง CO2-ริชระยะฟรีข้างต้นและระยะน้ำเกลือด้านล่าง มาก Fig. 1(a) สำหรับความเรียบง่าย สามารถสันนิษฐานอินเทอร์เฟซจะแบนมาก Fig. 1(b) สถานการณ์ที่สองจะพิจารณาในการศึกษานี้ในการวางแนวของผิว caprock: แรงโน้มถ่วงที่ปกติ และเข้าใจกับมุม ในกรณีที่กิน caprock เนื่องจากความดันที่เพิ่มขึ้นกับความลึกในการ subsurface และละลาย CO2 โดยรวมเศษส่วนใน น้ำเกลือเพิ่มขึ้นกับความดัน [2], ความเข้มข้น CO2 ละลายเป็นผลจากความเอียงของ caprock อย่างไรก็ตาม ขนาดโดเมนจริงและ inclinations ที่มีขนาดเล็กในการศึกษานี้ดังนั้น รูปแบบของความเข้มข้นของ CO2 ละลายตาม caprock จะข้ามไป ที่อินเตอร์เฟซ CO2 ละลายจะใช้ขนส่งลง โดยการแพร่ในระยะอควี ซึ่งจะช้ามากถ้าพาที่เกิดขึ้น เพื่อหลีกเลี่ยงการจัดการกับกระแส two-phase ซับซ้อนแรงเส้นเลือดฝอย ขอบเขตบนคือคือ แบบจำลอง โดยเงื่อนไขของความเข้มข้นอิ่มตัวคงที่ของ CO2 ที่ละลายในน้ำเกลือ [9] ตั้งแต่จำลอง 3D มากขึ้นทรัพยากรมาก ส่วนใหญ่วิเคราะห์สำหรับปัญหานี้ถูกใช้ในรูปแบบ 2D แม้ว่าบางความสัมพันธ์สำคัญ เช่น ความสัมพันธ์ระหว่างเวลาเริ่มการพา สำคัญความยาวคลื่น และความลึกที่สำคัญของชั้น diffusive และราคาย่อมเยาเลข ได้รับใช้จำลอง 2D จำลอง 2D ยังมีข้อจำกัดบางประการ โครงสร้างโยนและอากัปกิริยากระแส จำลอง 3D องศาความเป็นอิสระเพิ่มปรากฏการณ์โยน และจึง เพิ่มความซับซ้อน เปรียบเทียบระหว่าง 2D และ 3D จำลองของกระบวนการ diffusionconvection จะต้องกำหนดว่า ผล 3D จะแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญจากจำลอง 2D กรณีทั้ง 2D และ 3D จะพิจารณาในการศึกษานี้ นอกจากนี้ geochemical ปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นที่ระดับเวลานาน [35] โดยทั่วไป เป็นที่ไม่มีกิจกรรมในกรณีนี้ ดังนั้น CO2 ทำหน้าที่เป็นตัวติดตามตัวหัวเก่าในโดเมนคอมพิวเตอร์ [3]

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ในการศึกษานี้ได้ใช้แบบจำลองเชิงตัวเลขเพื่อศึกษากระบวนการทางกายภาพของรูปแบบการเพื่อให้ได้ความเข้าใจ
ของ 3D ผลต่อการละลายและการรวมผลของพื้นผิวที่เอียง caprock . กระดาษจัดดังนี้ ในส่วนที่ 2 , สมการ , วิธีการเชิงตัวเลขและตั้งใจและเงื่อนไขเริ่มต้นและเงื่อนไขขอบเขตที่ใช้ในแบบจำลองจะได้รับ ในมาตรา 3 ของไหลแบบไดนามิกที่มีความหนาแน่นของการขับเคลื่อนนิ้วภายใต้เงื่อนไขที่แตกต่างกันรวมถึงผลกระทบของโครงสร้าง caprock พื้นผิวจะตรวจ ในที่สุด ข้อสรุปจากการศึกษาจะวาด
2 . ปัญหาและวิธีการทดลองกับการศึกษามากที่สุด
caprocks แนวนอนพิจารณาในแบบจำลองทางกายภาพแต่บางอย่างก่อตัวทางธรณีวิทยาที่มีแนวโน้มตามธรรมชาติ caprock . ตัวอย่างสำคัญรวม Carrizo - น้ำ wicox และ Mt . ไซมอนชั้นหินอุ้มน้ำในสหรัฐฯ และน้ำเกลือ น้ำในลุ่มน้ำอัลเบอร์ต้าแคนาดา [ 30 - 32 ] ในกรณีนี้ ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ขนนกจะ preferentially โยกย้ายตามความชอบจากการลอย สำหรับในการดักจับการไหลของน้ำทั้งในขั้นตอนที่มีกรณีแตกต่างจากที่ของกรณีแนวนอน แรงโน้มถ่วงไม่ปกติผิว caprock ดังนั้นความหนาแน่นขับเคลื่อนนิ้วเกิดจากความไม่แน่นอนโน้มถ่วงอาจเสนอคุณสมบัติที่ซับซ้อนมากขึ้น
motivated โดยเอียงตามธรรมชาติทางธรณีวิทยาการก่อตัวการเปรียบเทียบกระบวนการละลายพฤติกรรมและฉับพลัน
ระหว่างสองกรณีที่จำเป็น .
หลังจากฉีด CO2 อาจจะค้นหาใน caprock และจะมีการติดต่อเกิดขึ้นระหว่างขั้นตอนข้างต้นและ CO2 รวยฟรีระยะทะเลด้านล่าง ดังแสดงในรูปที่ 1 ( a ) สำหรับความเรียบง่าย , อินเตอร์เฟซที่สามารถสันนิษฐานที่จะแบน ดังแสดงในรูปที่ 1 ( B )สองสถานการณ์จะพิจารณาในการศึกษานี้ในแง่ของการวางแนวของพื้นผิว caprock ปกติแรงโน้มถ่วงและเอียงด้วยมุม ในกรณีของโครงสร้าง caprock เนื่องจากความดันที่เพิ่มขึ้นกับความลึกในดินและปริมาณ CO2 เศษส่วนมวลในน้ำเกลือเพิ่มความดัน [ 2 ] , ละลาย CO2 ความเข้มข้น
ได้รับผลกระทบจากความเอียงของ caprock . อย่างไรก็ตามโดเมนทางกายภาพและ inclinations ขนาดเล็กในการศึกษา
ดังนั้นรูปแบบของความเข้มข้นของ CO2 ที่ละลายไปตาม caprock จะละเว้นได้ ที่อินเตอร์เฟซ , ละลาย CO2 จะถูกขนลงจากการแพร่ในเฟสน้ำ ซึ่งช้ามาก เว้นแต่การพาความร้อนเกิดขึ้น เพื่อหลีกเลี่ยงการจัดการกับความซับซ้อนของการไหลสองสถานะแรงฝอย ,ขอบด้านบนเป็นช่างปั้น โดยเงื่อนไขของค่าคงที่อิ่มตัวละลายในน้ำเกลือ ความเข้มข้นของ CO2 [ 9 ] เนื่องจากแบบจำลอง 3D มีทรัพยากรมากที่เข้มข้นที่สุดของการวิเคราะห์ปัญหานี้ขึ้นอยู่กับรูปแบบ 2D ถึงแม้ว่าความสัมพันธ์ที่สำคัญอย่างเช่น ความสัมพันธ์ระหว่างการโจมตีเวลาโดยการพาความยาวคลื่นที่สำคัญและความลึกวิกฤตของชั้นการแพร่ และ Rayleigh จำนวนกลุ่มตัวอย่างโดยใช้การจำลอง 2D มิติจำลองยังมีข้อจำกัด เช่น นิ้ว โครงสร้าง และพฤติกรรมการไหล . 3D จำลองเพิ่มระดับของเสรีภาพกับนิ้วปรากฏการณ์และดังนั้นจึงเพิ่มความซับซ้อนการเปรียบเทียบระหว่าง 2D และ 3D แบบจำลองของกระบวนการ diffusionconvection มีความจำเป็นเพื่อตรวจสอบว่า 3D ผลจะแตกต่างจากแบบ 2D กรณีทั้ง 2D และ 3D จะพิจารณาในการศึกษานี้ นอกจากนี้ ธรณีปฏิกิริยาซึ่งมักเกิดในเวลานานเครื่องชั่ง [ 3 ] จะละเลยได้ในกรณีนี้ดังนั้น CO2 ทำหน้าที่ติดตาม ตัวถูกละลายอนุลักษณ์ในโดเมนคอมพิวเตอร์ [ 3 ]