二氧化碳捕集、利用與封存技術（CCUS）作為一種大規模溫室氣體減排技術，有望成為未來我國實現碳中和的重要選項之一。注入深部地質儲層的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、湟水河以北地區廣泛發育的天然CO₂泄漏現象為深部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三合鎮的ZK10井自2002年完井以來長期表現出高含CO₂的氣水混合物間歇高壓自流特征，是典型的CO₂驅動間歇泉。

　　中國科學院武漢巖土力學研究所科研人員聯合青海省水文地質工程地質環境地質調查院及吉林大學相關研究人員，針對該區陸續開展了地質文獻資料調研、現場勘察和數值模擬等工作。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的周期（圖1）；之后結合該研究區區域地質資料及ZK10井身結構數據，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井的間歇性噴發現象。研究結果表明，ZK10井間歇性噴發中一個周期可進一步劃分為四個階段，即噴發前、主噴發、副噴發和噴發后階段（圖2）；其中噴發過程受控于井筒內部兩相流流態的轉變，而間歇性則由噴發這一自增強過程及噴發后井筒內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節；井筒半徑、儲層滲透率及儲層中CO₂質量分數等參數對噴發周期具有不同程度的控制作用，且主噴發階段占總噴發周期的比例對不同參數的擾動具有不同的響應，這可作為識別間歇泉噴發周期變化直接誘因的依據。這些結果揭露了CO₂沿ZK10井泄漏過程中的流動特性，可為CCUS項目泄漏監測與預防提供依據。 

　　研究工作得到了國家重點研發計劃項目（2019YFE0100100）、國家自然科學基金（41602255，51809259）、青海省基礎研究計劃項目（2018-ZJ-785）的共同資助。相關研究成果以“Modeling of CO₂-driven cold-water geyser in the northeast Qinghai-Tibet plateau”為題發表于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井位置及研究區地質概況；(b) ZK10井筒結構示意圖；(c) 與ZK10井相連蓄水池水位實測變化圖；(d) ZK10井導流結構示意圖及排氣口照片 

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

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

圖4. 野外調研工作 

（文/圖 二氧化碳地質封存組）