دراسة رقمية لمحاكاة تحسين عملية حقن الغاز وطرد المحلول في مستودعات تخزين الهيدروجين في الكهوف الملحية ودور غاز الطبقة
摘要
في عملية بناء مستودع تخزين الهيدروجين في الكهوف الملحية، عادة ما يلزم تحويل الفراغات الذائبة إلى مساحة تخزين قابلة للاستخدام بواسطة حقن الغاز وطرد المحلول الملحي. تؤثر معلمات العملية في هذه المرحلة مباشرة على السعة الفعالة للمستودع الملحي وسلامة التشغيل. لتقليل التكاليف ومخاطر السلامة الناتجة عن استخدام H2 كوسيط لطرد المحلول الملحي، ولتشكيل بنية طبقة ثابتة في مرحلة البناء، تم اختيار CH4 وN2 وCO2 كغازات طبقة، ودُرست سلوكيات تدفقها وتأثيراتها على أداء تخزين الهيدروجين في مرحلة حقن الغاز وطرد المحلول. استنادًا إلى المعلمات الجيولوجية لمنطقة الصخور الملحية Dunham في الولايات المتحدة، تم إنشاء نموذج ثلاثي الأبعاد للكهوف الملحية باستخدام منصة المحاكاة الرقمية CMG-GEM، وتحليل العوامل الرئيسية مثل معدل الطرد، ضغط الحقن، ونوع غاز الطبقة بشكل منهجي، معتمدين في التقييم على زمن التسرب الغازي، كمية غاز الحقن التراكمية، السعة الفعالة للهيدروجين، ونسبة غاز الطبقة. أظهرت نتائج المحاكاة أن معدل الطرد هو العامل المسيطر على سلوك التسرب الغازي والسعة الفعالة. عند زيادة معدل الطرد من 40 م3/س إلى 80 م3/س، يتقدم زمن التسرب بحوالي 34٪، وتنخفض سعة تخزين الهيدروجين الفعالة بحوالي 9٪، ويتحول سطح التماس الغازي المائي من انخفاض تدريجي عام إلى شكل مخروطي على طول محور البئر. زيادة ضغط الحقن من 22 ميجا باسكال إلى 25 ميجا باسكال يمكن أن تزيد كمية الغاز المحقونة التراكمية بحوالي 13.6٪، لكن لها تأثير محدود على توقيت حدوث التسرب الغازي. في ظروف غازات الطبقة المختلفة، بسبب انحلالية CO2 العالية وانخفاض التوتر السطحي، فمن السهل أن يحدث تسرب غازي في مرحلة الطرد، حيث يمكن أن تصل نسبة غاز الطبقة إلى حوالي 45٪؛ بينما يعطي CH4 أعلى سعة فعالة للهيدروجين؛ ويظهر N2 نسبة أقل من غاز الطبقة (حوالي 37٪) وخصائص نقاء للهيدروجين أكثر ملاءمة. علاوة على ذلك، تؤثر أشكال الكهوف المختلفة بشكل ملحوظ على سلوك التسرب الغازي، كمية الغاز المحقونة التراكمية، والسعة الفعالة، لكن في ظل نفس معدل الطرد، تتفق القوانين العامة لتغير معدل الطرد لتشكيلات الكهوف المختلفة، مع تغير طفيف في نسبة غاز الطبقة. تشير الدراسة إلى أنه من خلال اختيار غاز الطبقة بشكل معقول والتحكم في معدل الطرد خلال مرحلة البناء، يمكن تأخير حدوث التسرب الغازي، وتحسين السعة الفعالة لتخزين الهيدروجين وسلامة التشغيل، مما يوفر أساسًا لتصميم عملية بناء مستودع التخزين في الكهوف الملحية.
关键词
تخزين الهيدروجين في الكهوف الملحية; حقن الغاز وطرد المحلول; غاز الطبقة; المحاكاة الرقمية; التسرب الغازي