基于数值模拟的二氧化碳置换盐水过程中断裂岩石的频率依赖性和各向异性介电特性

该研究通过数值模拟首次探讨了裂隙岩在CO2替换盐水过程中垂直和平行于CO2迁移方向的频率依赖介电特性，发现提高CO2饱和度会降低电导率、相对介电常数及损耗因子，且正交方向的特性更稳定，为CO2封存评估提供新方法。

对流体类型和饱和度具有高度敏感性的介电特性是评估二氧化碳（CO₂）在储层中封存质量及泄漏风险的重要手段。然而，对于在二氧化碳替换盐水过程中裂缝岩石的频率依赖性和各向异性介电响应的理解仍然不足，而这正是准确反演二氧化碳封存过程中裂缝含盐层介电测量数据的关键。在这项研究中，我们通过专门的数值模拟首次探讨了在二氧化碳替换盐水的过程中，裂缝岩石的频率依赖性介电特性（电导率、相对介电常数和介电损耗因子）在两个方向上的变化情况：垂直于二氧化碳迁移方向和平行于二氧化碳迁移方向。结果表明，随着频率的增加，电导率和相对介电常数分别呈上升和下降趋势，而损耗因子的变化则呈现钟形曲线。研究还发现，提高二氧化碳饱和度可以降低这些介电特性及其变化幅度。更重要的是，这三种特性随二氧化碳饱和度增加而减小的趋势在不同的频率下都表现出最大的梯度。对模拟结果的分析和讨论表明，在垂直于二氧化碳迁移方向上的频率依赖性介电特性更适用于表征二氧化碳的封存情况，应根据介电仪器的操作频率（单频或窄带频率）分别选择这些特性作为最可靠的检测参数。这些结果不仅为二氧化碳迁移过程中裂缝岩石的频率依赖性和各向异性介电行为提供了新的见解，也有助于评估裂缝含盐层中的二氧化碳封存效果。