水力压裂缝中支撑剂固结与滞后效应：基于应变传递模型的分布式光纤应变传感裂缝宽度变化解析

本文通过构建CO2对流-反应传输模型（DDC），系统研究了盐含水层孔隙度、渗透率和反应物含量的层状非均质性对CO2羽流对流混合及CaCO3化学溶解的影响，揭示了Damk?hler数（Da）在评估CO2溶解效率中的关键作用，为高效CO2封存靶层筛选提供理论依据。

　　

Highlight

盐含水层的层状非均质性显著调控CO₂溶解效率与对流-反应传输（DDC）动力学。本研究通过新型对流-反应传输模型，首次揭示孔隙度、渗透率和反应物含量的层状分布如何影响CO₂羽流迁移模式（指状流/沟道流/压实流）及CaCO₃溶解动力学。

Governing equations

超临界CO₂（scCO₂）溶解形成高密度CO₂-富集卤水后，在重力与浮力作用下触发密度驱动对流（DDC），同时促进碳酸盐矿物（如方解石）溶解，并可能伴随石膏等次生矿物沉淀。

Convective-reactive characteristics

均质含水层中，Damk?hler数（Da）随时间递减，反映化学反应强度相对对流作用的减弱。Da演化可有效划分CO₂溶解阶段：初期扩散主导（高Da）、中期对流增强（Da骤降）、后期矿物溶解反馈（Da平稳）。

Discussion

层状非均质性通过改变Da演化路径调控CO₂溶解效率：孔隙度/反应物含量向下递减的层序使Da降幅达70%，显著加速CO₂混合；而渗透率非均质性则使CO₂羽流产生沟道效应，降低波及效率。

Conclusions

(1) Da数可作为CO₂溶解过程的"动态标尺"；(2) 向下递减的孔隙度/反应物层序最利于CO₂封存；(3) 渗透率非均质性会诱发指状流-沟道流转型，需避免高渗层集中分布。