二氧化碳捕集、利用與封存技術(shù)（CCUS）作為一種大規(guī)模溫室氣體減排技術(shù)，有望成為未來我國實現(xiàn)碳中和的重要選項之一。注入深部地質(zhì)儲層的CO₂沿井筒等潛在通道泄漏是一個需要重點管控的風(fēng)險。目前CCUS中泄漏的研究大多停留在理論層面，認識還有待深入。天然泄漏對比研究是一個重要的深化認識的途徑。青藏高原東北部拉基山以南、湟水河以北地區(qū)廣泛發(fā)育的天然CO₂泄漏現(xiàn)象為深部CO₂泄漏過程的研究提供了得天獨厚的條件。其中位于海東市平安區(qū)三合鎮(zhèn)的ZK10井自2002年完井以來長期表現(xiàn)出高含CO₂的氣水混合物間歇高壓自流特征，是典型的CO₂驅(qū)動間歇泉。

　　中國科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所科研人員聯(lián)合青海省水文地質(zhì)工程地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查院及吉林大學(xué)相關(guān)研究人員，針對該區(qū)陸續(xù)開展了地質(zhì)文獻資料調(diào)研、現(xiàn)場勘察和數(shù)值模擬等工作。首先通過測量與ZK10井相連蓄水池水位變化確定了該井間歇性噴發(fā)的周期（圖1）；之后結(jié)合該研究區(qū)區(qū)域地質(zhì)資料及ZK10井身結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，利用井筒-儲層耦合模擬軟件T2Well建立了三維非等溫模型以模擬ZK10井的間歇性噴發(fā)現(xiàn)象。研究結(jié)果表明，ZK10井間歇性噴發(fā)中一個周期可進一步劃分為四個階段，即噴發(fā)前、主噴發(fā)、副噴發(fā)和噴發(fā)后階段（圖2）；其中噴發(fā)過程受控于井筒內(nèi)部兩相流流態(tài)的轉(zhuǎn)變，而間歇性則由噴發(fā)這一自增強過程及噴發(fā)后井筒內(nèi)流體被消耗這一自限制作用共同控制（圖3），此外該過程還受儲層補給的調(diào)節(jié)；井筒半徑、儲層滲透率及儲層中CO₂質(zhì)量分?jǐn)?shù)等參數(shù)對噴發(fā)周期具有不同程度的控制作用，且主噴發(fā)階段占總噴發(fā)周期的比例對不同參數(shù)的擾動具有不同的響應(yīng)，這可作為識別間歇泉噴發(fā)周期變化直接誘因的依據(jù)。這些結(jié)果揭露了CO₂沿ZK10井泄漏過程中的流動特性，可為CCUS項目泄漏監(jiān)測與預(yù)防提供依據(jù)。 

　　研究工作得到了國家重點研發(fā)計劃項目（2019YFE0100100）、國家自然科學(xué)基金（41602255，51809259）、青海省基礎(chǔ)研究計劃項目（2018-ZJ-785）的共同資助。相關(guān)研究成果以“Modeling of CO₂-driven cold-water geyser in the northeast Qinghai-Tibet plateau”為題發(fā)表于Journal of Hydrology，武漢巖土所博士研究生蔡雨娜為論文第一作者，雷宏武博士為通訊作者。 

　　論文鏈接：Modeling of CO₂-driven cold-water geyser in the northeast Qinghai-Tibet plateau - ScienceDirect 

圖1. (a) ZK10井位置及研究區(qū)地質(zhì)概況；(b) ZK10井筒結(jié)構(gòu)示意圖；(c) 與ZK10井相連蓄水池水位實測變化圖；(d) ZK10井導(dǎo)流結(jié)構(gòu)示意圖及排氣口照片 

圖2. 井筒內(nèi)不同深度處(a)氣相流量，(b)液相流量，(c)氣體飽和度，(d)壓力模擬結(jié)果 

圖3. (a) 漂移速度與氣體飽和度關(guān)系；(b) 井筒內(nèi)部兩相流流態(tài)的轉(zhuǎn)變對噴發(fā)的控制及自增強與自限制作用對間歇性的控制 

圖4. 野外調(diào)研工作 

（文/圖 二氧化碳地質(zhì)封存組）