近日，Gexcon China受邀參加了由中國石油長慶油田公司舉辦的《超低滲透油藏CO2驅油與埋存安全及環保新技術》交流會，並做了《二氧化碳擴散的數值模擬研究》的主題報告。

使用二氧化碳驅油以提高採收率（CO2-EOR， or CO2Enhanced Oil Recovery）是一項石油工業已經應用了幾十年的成熟技術，特別是近年來，應用EOR技術在非常規和高難度的油藏中的開發逐漸變得經濟可行，已經成為經濟開發和環境保護上實現雙贏的有效辦法。但是一旦發生CO2洩漏擴散事故，會造成嚴重的人員傷亡和財產損失，對環境空氣及生態環境造成危害。

作為歐盟CO2PipeHaz專案參與方，Gexcon在會上介紹了該專案的理論框架、研究方法及專案成果。該專案為期四年，主要是研發驗證CO2管道安全評估的數學模型，最終可以提供確定人口稠密區域最小安全距離的軟體工具，而且針對小機率管道破裂事故制定應急響應計劃。

FLACS軟體使用有限體積法在三維笛卡爾網格上求解可壓縮Navier-Stokes方程，透過兩相流模型（FLASH）和拉格朗日粒子追蹤模型（Lagrangian particle-tracking model）分別模擬CO2相變和不同直徑的乾冰顆粒的運動軌跡，同時FLACS內部的湍流模型和邊界條件等特點，有效的解決了CO2PipeHaz專案中事故模擬場景所面臨的挑戰，包括超音速兩相CO2射流的昇華和沉降、空氣溼度冷凝結、在各種穩定條件下的大氣邊界層流、對地形和植被的模擬以及其對氣體流動的影響、由低溫和重氣引起的熱分層等。

圖1 FLACS模擬凹坑（顯著地形變化）對附近二氧化碳射流擴散的細節影響

圖2 FLACS模型預測的不同時間間隔的二氧化碳的擴散範圍：（a） t=10s； （b） t=150s； （c） t=240s； （d） t=540s。這裡的FMOLE對應的是二氧化碳的體積分數

挪威船級社（DNV-GL）在2010年頒佈的CO2管道設計和操作標準（DNV RP-J202）中明確強調了計算流體力學（CFD）軟體模擬的重要性：

“but in areas where the combined effects of topography， buildings，pits， etc。 and the heavy gas properties of the released CO2 may havea significant effect on the exposure of people or livestock， more detailedsimulations using advanced dispersion tools （e。g。 Computational Fluid Dynamics（CFD）） should be considered。”

“但對於地形、建築物、凹坑等綜合影響的地區，以及洩漏的二氧化碳的重氣特性可能對所接觸到的人或牲畜產生顯著影響時，應考慮使用高階擴散工具（例如計算流體動力學（CFD））進行更詳細的模擬。”

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