Введение CO₂ в карбонатные коллекторы является ключевой технологией для увеличения добычи природного газа и улавливания углерода. После ввода CO₂ в коллектор он растворяется в пластовых водах, образуя кислую жидкость и растворяя часть минералов, что приводит к изменению параметров пористости и проницаемости пористого материала. Построен метод lattice Boltzmann (LBM) для моделирования сопряженных реакционно-транспортных процессов, который был подтвержден экспериментами вытеснения с использованием микрокомпьютерной томографии (Micro-CT) при высоких температурах и давлениях. Результаты выявили механизмы растворения на поровом уровне после введения CO₂ в карбонатные коллекторы. Симуляции различных условий — перепад давления (0.5 ~ 2.0 МПа), обратное давление (10.0 ~ 50.0 МПа) и температура (40 ~ 140 ℃) — позволили определить кинетические характеристики реакции и закономерности эволюции пористости. Результаты исследования показывают: ① увеличение перепада давления расширяет охват жидкости, увеличивает концентрацию ионов водорода в порах, тем самым повышая эффективность растворения; количество растворенного карбоната увеличивается с 10.6% до 17.9%. ② Повышение обратного давления усиливает растворимость CO₂, что приводит к росту концентрации ионов водорода и кислотности раствора, стимулируя реакцию растворения; количество растворенного карбоната увеличивается с 10.6% до 19.0%. ③ При высоких температурах, несмотря на снижение растворимости CO₂ и уменьшение концентрации ионов водорода, что частично подавляет реакцию растворения, эффект увеличения скорости реакции доминирует, и количество растворенного карбоната продолжает расти с 10.6% до 42.7%. Кроме того, во всех условиях были отмечены отчетливые характеристики неоднородного растворения, подтверждающие контроль пористой структуры над формой реакции растворения.

метод lattice Boltzmann (LBM); кинетика реакции; растворение минералов; моделирование порового масштаба; система CO₂-вода-горная порода; улавливание, использование и хранение углерода (CCUS)