بحث محاكاة عددية لتحسين عملية حقن الغاز وطرد الملح في مخزن تخزين الهيدروجين بتجاويف الملح وتأثير الغازات الطبقية
摘要
في عملية إنشاء مخزن تخزين الهيدروجين في تجاويف الملح، عادةً ما يتطلب تحويل التجاويف المذابة إلى مساحة تخزين قابلة للاستخدام عن طريق حقن الغاز وطرد الملح، حيث تؤثر معلمات العملية في هذه المرحلة مباشرة على السعة الفعالة للمخزن وسلامة التشغيل. لتقليل التكلفة ومخاطر السلامة الناجمة عن استخدام الهيدروجين (H2) كوسيط لطرد الملح، ولتشكيل طبقة ثابتة في مرحلة البناء، تم اختيار الميثان (CH4) والنيتروجين (N2) وثاني أكسيد الكربون (CO2) كغازات طبقية، ودراسة سلوك تدفقها وتأثيرها على أداء تخزين الهيدروجين في فترة حقن الغاز وطرد الملح. استنادًا إلى معلمات جيولوجية لمنطقة ملح Dunham في الولايات المتحدة، تم بناء نموذج ثلاثي الأبعاد للتجاويف باستخدام منصة المحاكاة العددية CMG-GEM، وتم تحليل العوامل الرئيسية مثل معدل الطرد، ضغط الحقن، ونوع الغازات الطبقية بشكل منهجي، مع استخدام وقت تسرب الغاز، كمية الغاز المحقونة التراكمية، السعة الفعالة للهيدروجين ونسبة غاز الطبقة كمعايير تقييم. أظهرت نتائج المحاكاة أن معدل الطرد هو العامل المسيطر على سلوك تسرب الغاز والسعة الفعالة. عندما زاد معدل الطرد من 40 م³/ساعة إلى 80 م³/ساعة، تم تقديم وقت تسرب الغاز بحوالي 34٪، وانخفضت سعة تخزين الهيدروجين الفعالة بحوالي 9٪، وفي الوقت نفسه تحول واجهة الغاز والماء من انخفاض معتدل شامل إلى شكل مخروطي على طول محور البئر. زيادة ضغط الحقن من 22 ميغاباسكال إلى 25 ميغاباسكال يمكن أن تزيد كمية حقن الغاز التراكمية بنسبة حوالي 13.6٪، ولكن لها تأثير محدود على توقيت حدوث تسرب الغاز. تحت ظروف الغازات الطبقية المختلفة، بسبب ارتفاع ذوبان CO2 وانخفاض قوة التوتر السطحي للواجهة، فهو أكثر عرضة لتسرب الغاز في مرحلة الطرد، حيث يمكن أن تصل نسبته إلى حوالي 45٪؛ تحت ظروف CH4 يمكن الحصول على سعة فعالة عالية لهيدروجين؛ أما N2 يظهر نسبة منخفضة نسبيًا من غاز الطبقة (حوالي 37٪) وخصائص نقاء هيدروجين مواتية. إضافة إلى ذلك، تؤثر أشكال التجاويف المختلفة بشكل ملحوظ على سلوك تسرب الغاز، كمية الغاز المحقونة التراكمية والسعة الفعالة، لكن تحت نفس معدل الطرد، تتفق القوانين العامة لتغيير معدل الطرد بين الأشكال المختلفة للتجاويف مع تغييرات طفيفة في نسبة غاز الطبقة. تشير الدراسة إلى أن اختيار غاز الطبقة المناسب والتحكم في معدل الطرد خلال مرحلة البناء يساعدان على تأخير حدوث تسرب الغاز، وزيادة السعة الفعالة لتخزين الهيدروجين في التجاويف، وتعزيز سلامة التشغيل، مما يوفر أساسًا لتصميم عمليات إنشاء مخازن تخزين الهيدروجين في تجاويف الملح.
关键词
تخزين الهيدروجين في تجاويف الملح; حقن الغاز وطرد الملح; غاز طبقي; محاكاة عددية; تسرب الغاز