شبيه‌سازي عددي اختلاط همرفتي ضمن ذخيره‌سازي دي‌اكسيد‌كربن در مخازن آب شور

Numerical Simulation of Convective Mixing during Carbon Dioxide Sequestration in Saline Aquifers

ذخيره‌سازي دي‌اكسيد‌كربن در مخازن آب شور به‌‌عنوان روشي موثر براي كاهش گازهاي گلخانه‌اي شناخته شده است. پيش‌بيني رفتار دراز‌ مدت دي‌اكسيد‌كربن تزريقي نيازمند شناخت مكانيسم‌هاي حاضر در فرآيند مي‌باشد. دي‌اكسيد‌كربن تزريقي با نفوذ در آب شور، باعث افزايش چگالي آب شور و وقوع پديده‌ اختلاط همرفتي مي‌شود. در نتيجه نرخ انحلال افزايش مي‌يابد. بنابراين شناخت فاكتورهاي موثر بر اختلاط همرفتي در مخازن آب شور از اهميت ويژه‌اي برخوردار است. در اين مقاله يك مدل دو‌بعدي و تك‌فاز براي مدل‌سازي اختلاط همرفتي ارايه مي‎گردد. آناليز مقياسي اختلاط همرفتي در مخازن آب شور بيان شده و پارامترهاي همرفتي به صورت تابعي از عدد رايلي سيستم بيان مي‌گردد. براي اولين بار در اين مطالعه زمان افزايش انحلال ناشي از اختلاط همرفتي به عنوان يك پارامتر مهم در ارزيابي سايت‌هاي مناسب ذخيره‌سازي بر حسب عدد رايلي به صورت كمي مورد بررسي قرار گرفته است؛ نتايج نشان مي‌دهد كه افزايش انحلال ناشي از اختلاط همرفتي در زماني حدود سه برابر زمان شروع ناپايداري‎ها شكل مي‌گيرد. نتايج اين مقاله شناخت و آگاهي لازم براي اجراي پروژه‌هاي ذخيره‌سازي دي‌اكسيد‌كربن در مخازن آب شور عميق را بدون نياز به شبيه‌سازي‌هاي هزينه‌بر، افزايش مي‌دهد.

The permanent storage of CO2 in deep saline aquifers is known as an effective method for reducing the greenhouse gas emissions. Predicting the long-term fate of the injected CO2 requires an understanding of the basic mechanisms involved in the storage process. CO2 injected in deep saline aquifers diffuses in resident brine, which increases the brine density and potentially leads to convective mixing raising the rate of dissolution. Hence it is important to realize the factors enhancing convection in deep saline aquifers. In this paper, a two dimensional, single-phase model is developed for modeling of the convective mixing. The scaling analysis of the convective mixing of CO2 in saline aquifers is presented and convection parameters are described as a function of system Rayleigh number. For the first time, in this study the start time of enhancement in CO2 dissolution due to convective mixing was studied quantitatively. The results indicate that the enhancement in CO2 dissolution due to convective mixing occurs at a time about three times of the onset time of instabilities. The results of this study increase our knowledge of the appropriate implementation of geological CO2 storage in deep saline aquifers, without the need for costly simulations.