本文是一篇关于CO₂封存（CO₂ sequestration）和孔隙尺度建模（pore-scale modeling）的综述文章，发表于2021年3月的《Renewable and Sustainable Energy Reviews》期刊，作者为Shubham Saraf和Achinta Bera，来自印度Pandit Deendayal Energy University的钻井、固井和增产研究中心。文章的主要目的是探讨如何通过将CO₂注入地质构造中，实现CO₂封存与提高石油采收率（Enhanced Oil Recovery, EOR）的双重目标，并详细介绍了孔隙尺度建模和微CT扫描技术在CO₂封存中的应用。
全球变暖的主要原因是温室气体（如CO₂）的排放。为了减少CO₂的排放，科学家们提出了将CO₂注入地质构造中的长期解决方案，即CO₂封存。这一过程不仅可以减少大气中的CO₂浓度，还可以通过CO₂驱油技术（CO₂-EOR）提高石油采收率。然而，理解CO₂在不透水岩石中的封存机制需要深入了解孔隙尺度建模的概念。本文综述了孔隙尺度建模和微CT扫描技术在CO₂封存中的应用，并探讨了CO₂封存的挑战和未来前景。
孔隙尺度建模是一种用于研究多孔介质中流体流动和传输现象的工具。它通过模拟孔隙结构中的流体行为，帮助研究人员理解CO₂在地质构造中的封存机制。微CT扫描技术则是一种非破坏性成像技术，能够在实验室条件下对岩石样品进行高分辨率的三维成像，从而为孔隙尺度建模提供数据支持。
孔隙尺度建模的核心是通过模拟孔隙结构中的流体流动，预测CO₂在多孔介质中的分布和封存效率。常用的建模方法包括孔隙网络模型（Pore Network Model, PNM）和格子玻尔兹曼方法（Lattice Boltzmann Method, LBM）。这些模型能够模拟CO₂与盐水在多孔介质中的相互作用，帮助研究人员优化CO₂封存方案。
微CT扫描技术通过X射线成像，能够在不破坏岩石样品的情况下，获取其内部孔隙结构的高分辨率图像。这些图像可以用于构建孔隙网络模型，进而模拟CO₂在多孔介质中的流动和封存过程。近年来，微CT扫描技术在CO₂封存研究中得到了广泛应用，尤其是在研究CO₂与盐水在孔隙中的相互作用方面。
CO₂封存主要通过以下几种机制实现：
CO₂注入地质构造后，由于其密度较低，会向上迁移，直到遇到不透水的盖层岩石，从而被封存。这种封存机制依赖于地质构造的封闭性。
在CO₂注入过程中，部分CO₂会被困在孔隙中，形成孤立的液滴。这些液滴无法继续迁移，从而被封存在岩石中。
CO₂可以溶解在地下盐水层中，形成碳酸溶液。这种溶解的CO₂会随着盐水下沉，从而被封存在地下。
CO₂溶解在水中后，会与岩石中的矿物质发生化学反应，形成稳定的碳酸盐矿物。这种封存机制是最安全的，因为CO₂被永久固定在岩石中。
为了验证CO₂封存的可行性，研究人员进行了大量的实验研究。这些实验通常使用高压高温条件下的岩心驱替装置，模拟CO₂在地质构造中的注入过程。通过微CT扫描技术，研究人员能够实时观察CO₂在岩心中的分布和封存情况。
实验中使用的高压高温岩心驱替装置能够模拟地下环境中的CO₂注入过程。该装置可以测量岩心的渗透率、孔隙度等物理性质，并通过微CT扫描技术获取岩心的三维图像。
砂岩和碳酸盐岩是CO₂封存的主要目标岩石。实验表明，CO₂注入后，岩石的孔隙度和渗透率会发生变化。特别是在碳酸盐岩中，CO₂与矿物质的化学反应会导致孔隙结构的改变，进而影响CO₂的封存效率。
尽管CO₂封存技术具有巨大的潜力，但在实际应用中仍面临许多挑战：
CO₂捕获是CO₂封存的第一步，但其成本较高，且需要大量的溶剂和能源。此外，CO₂捕获过程中产生的环境影响也需要进一步研究。
CO₂需要通过管道运输到封存地点，运输过程中需要保持CO₂的液态，以避免压力损失和管道腐蚀。此外，长距离运输CO₂的成本也是一个重要问题。
CO₂封存的安全性是一个关键问题。CO₂可能会通过断层或废弃井泄漏到地表，导致环境污染。此外，CO₂封存对地下水资源的影响也需要进一步研究。
尽管CO₂封存技术仍面临许多挑战，但其在减少温室气体排放方面的潜力不可忽视。未来，随着技术的进步和政策的支持，CO₂封存有望成为应对气候变化的重要手段。特别是在印度等发展中国家，CO₂封存技术的应用将为减少温室气体排放提供新的解决方案。
本文综述了孔隙尺度建模和微CT扫描技术在CO₂封存中的应用，并探讨了CO₂封存的机制、实验研究和未来挑战。通过孔隙尺度建模和微CT扫描技术，研究人员能够更好地理解CO₂在多孔介质中的封存过程，从而优化CO₂封存方案。尽管CO₂封存技术仍面临许多挑战，但其在减少温室气体排放方面的潜力使其成为未来应对气候变化的重要工具。