Elucidating the displacement dynamics with a partially miscible system for application for CO2 sequestration and enhanced oil recovery

阐明用于二氧化碳封存和提高石油采收率的部分混相系统的驱替动力学

• 批准号: 22K20402
• 负责人: 鈴木 龍汰
• 金额: $ 1.83万
• 依托单位: Tokyo University of Agriculture and Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Research Activity Start-up
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-08-31 至 2024-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K20402/
• 关键词: 部分混和系; 相分離; Viscous fingering; 流体置換; Saffman-Taylor不安定性

相分離とKorteweg効果を伴う流体置換現象に主眼を置き、これまでの数値シミュレーションを発展させ、実験にて補完することで、部分混和系の流体置換の特性の更なる解明を目指すために、本研究を実施している。2022年度（1年目）では、まず、本研究の前提となる二種類の液体が混ざる場合でも存在すると考えられている弱い界面張力（有効界面張力）が、界面の流体力学的不安定性（ここでは二種類の流体の粘度の違いで引き起こされる二流体間の界面が指状に広がる現象（粘性フィンガリング））に与える影響を調査し、「流動の速度が大きくなると界面の流体力学的不安定性が増加する」という従来の常識を覆す結果を得た。本成果は界面の流体力学的不安定性を有効界面張力と流動の速度により制御できることを示すものであり、今後、本研究で顕在化された有効界面張力を伴う粘性フィンガリングの制御手法に関するさらなる実験的、数値的、理論的研究のきっかけになりえる。また、同時に、本研究の主題である2種類の液体が完全には混ざらない「部分混和性」を利用した流動実験において、流体力学的な不安定性が抑制されることを世界で初めて発見した。これは部分混和性に由来して生じる相分離の際に、液体の流れが自発的に発生するためであり、完全に混ざる「完全混和」やまったく（ほとんど）混ざらない「非混和」ではみられない現象である。本研究ではその自発的な流れの方向を制御することで、2液体の間の不安定性（変形）の抑制に成功した。地層からの石油回収プロセスや地層へのCO2圧入プロセスでは、液化もしくは超臨界CO2と水や石油は部分混和性になっていることがわかっており、本成果はそれらのプロセスにおける、部分混和性を利用した当該プロセスの新たな制御法の創出へ寄与することが期待される。

Phase separation and fluid displacement phenomena associated with Korteweg's theory are discussed in this paper. In 2022, the premise of this study is that when two kinds of liquids are mixed, there is weak interfacial tension (with interfacial tension) and instability of interfacial fluid mechanics. The investigation of the influence of viscosity on the interfacial finger-like phenomenon between two kinds of fluids and the investigation of the influence of viscosity on the interfacial hydrodynamic instability of two kinds of fluids were carried out. The results of this paper show that the instability of interfacial fluid mechanics has the effect of interfacial tension and flow velocity. In the future, this study will focus on the study of interfacial tension and viscosity. The subject of this study is the complete mixing of two kinds of liquids, the partial mixing of fluids, the suppression of fluid dynamics instability, and the discovery of the first time in the world. When partial mixing occurs, phase separation occurs, liquid flow occurs spontaneously, complete mixing occurs, and non-mixing occurs. In this study, the direction of spontaneous flow was controlled successfully, and the transient instability of liquid was suppressed successfully. The CO2 pressure in the formation is reduced by liquefaction, supercritical CO2, water and oil, and the partial mixability of the formation is reduced by utilization of the supercritical CO2 and water.

项目成果

Korteweg力を伴う相分離に誘起されるViscous fingeringのトポロジカル変化に関する数値解析

Korteweg 力相分离引起的粘性指法拓扑变化的数值分析

• 发表时间: 2023
• 作者: Yao-Lun Yang;鈴木龍汰，瀬谷昇治，長津雄一郎，伴貴彦，Manoranjan Mishra
• 通讯作者: 鈴木龍汰，瀬谷昇治，長津雄一郎，伴貴彦，Manoranjan Mishra

Arresting Effect on Interfacial Phase Separation by an Imposed Flow

强加流对界面相分离的阻止作用

• 发表时间: 2022
• 作者: Ryuta X. Suzuki;Takahiko Ban;Shoji Seya;Manoranjan Mishra;Yuichiro Nagatsu
• 通讯作者: Yuichiro Nagatsu

Numerical study on viscous fingering with a phase separation and the Korteweg force in a partially miscible system

部分混相体系中相分离粘性指进和 Korteweg 力的数值研究

• 发表时间: 2022
• 作者: Ryuta X. Suzuki;Shoji Seya;Yuichiro Nagatsu;Takahiko Ban;Manoranjan Mishra
• 通讯作者: Manoranjan Mishra

インド工科大学(インド)

印度理工学院（印度）

部分混和系を用いたViscous fingeringの安定化

使用部分混溶系统稳定粘性指法

• 发表时间: 2022
• 作者: Yao-Lun Yang;鈴木龍汰，瀬谷昇治，長津雄一郎，伴貴彦，Manoranjan Mishra;Yao-Lun Yang;Hiroaki KUSUNO;岩﨑かおり，鈴木龍汰，長津雄一郎，伴貴彦，ミシュラマノランジャン，長津雄一郎
• 通讯作者: 岩﨑かおり，鈴木龍汰，長津雄一郎，伴貴彦，ミシュラマノランジャン，長津雄一郎