شماره ركورد
33565
پديد آورنده
محمد كريمي
عنوان
مدلسازي نشت هيدروژن از طريق شكستگيهاي پوشسنگ آبخوان
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي شيمي
سال تحصيل
1402
تاريخ دفاع
1404/03/28
استاد راهنما
حسين فاضلي
استاد مشاور
/
دانشكده
مهندسي شيمي
چكيده
هيدروژن، بهعنوان حامل انرژي پاك و پايدار، نقش محوري در گذار به سيستمهاي انرژي كمكربن دارد، اما نشت آن از مخازن زيرسطحي از طريق شكافهاي پوشسنگ آبخوانها چالشي كليدي براي ذخيرهسازي ايمن است. اين پژوهش با بهرهگيري از روشهاي مدلسازي پيشرفته، شامل مدل شكستگي گسسته جاسازيشده (EDFM) كه شكافهاي گسسته را بهصورت صريح در ماتريس محاسباتي جايگذاري ميكند، رفتار نشت هيدروژن از شبكه شكافهاي پوشسنگ را بررسي كرد. مطالعه بر تأثير خواص استاتيك (بازشدگي، شدت شكافها و ضريب تصحيح شكاف) و خواص دايناميك (نرخ، زمانبندي و موقعيت تزريق) متمركز بود. يافتهها نشان داد كه در خواص استاتيك، افزايش بازشدگي شكافها با شدت شكاف ثابت، نشت هيدروژن را بهطور چشمگيري افزايش ميدهد. در بازشدگي ثابت، افزايش شدت شكاف نيز نشت را بيشتر ميكند، اما اين اثر در بازشدگيهاي كوچكتر كمتر و در بازشدگيهاي بزرگتر پررنگتر است. شدت شكاف در بازشدگيهاي بزرگ اثر كنترلي دارد، بهگونهاي كه نشت در اين حالت مشابه بازشدگي كوچك با شدت شكاف بالاست. همچنين، افزايش ضريب تصحيح شكاف نرخ نشت را كاهش ميدهد. در بررسي خواص دايناميك، شش سناريوي تزريق طراحي شد. در سه سناريو با زمان تزريق يكسان، افزايش نرخ تزريق نشت را افزايش داد. در سه سناريو با حجم تزريق ثابت، تزريق در بازه زماني كوتاهتر نشت كمتري داشت و بهصرفهتر بود. مقايسه نشت هيدروژن و دياكسيد كربن نشان داد كه هيدروژن به دليل چگالي و حلاليت كمتر در آب، پتانسيل نشت بيشتري دارد. در مدلسازي، روش EDFM در شكافهاي با نفوذپذيري بالا با مدل (pEDFM) مطابقت داشت، اما در شكافهاي با نفوذپذيري كمتر از ماتريس، EDFM همراه با خطا بود. و pEDFM دقت بيشتري ارائه داد. در عمليات ميداني، نظير ايجاد دو چاه در دو طرف شبكه شكستگيها، نشت بهطور قابلتوجهي كاهش يافت، هرچند صرفه اقتصادي حفر چاه اضافي نيازمند ارزيابي است. تزريق در لايههاي زيرين نيز نسبت به لايههاي نزديك به پوشسنگ نشت كمتري ايجاد كرد. اين يافتهها راهكارهايي عملي براي بهينهسازي ذخيرهسازي زيرسطحي هيدروژن و كاهش ريسك نشت ارائه ميدهند و بر اهميت طراحي دقيق پارامترهاي استاتيك و ديناميك تأكيد دارند.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/05/29
عنوان به انگليسي
Modeling Hydrogen Leakage through Fractures in the Caprock of Aquifer
تاريخ بهره برداري
1/1/1900 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
محمد كريمي
چكيده به لاتين
Hydrogen, as a clean and sustainable energy carrier, plays a pivotal role in the transition to low-carbon energy systems; however, its leakage from subsurface reservoirs through cap rock fractures and aquifers poses a key challenge for safe storage. This study investigates hydrogen leakage behavior through cap rock fracture networks using advanced modeling techniques, including the Embedded Discrete Fracture Model (EDFM), which explicitly incorporates discrete fractures into the computational matrix. The study focused on the effects of static properties (fracture aperture, fracture intensity, and fracture correction factor) and dynamic properties (injection rate, timing, and location). Results showed that among static properties, increasing fracture aperture at constant intensity significantly enhances hydrogen leakage. At constant aperture, increasing fracture intensity also increases leakage, with this effect being less pronounced at smaller apertures and more significant at larger ones. Fracture intensity acts as a controlling factor at larger apertures, leading to leakage similar to that of small apertures with high intensity. Furthermore, increasing the fracture correction factor reduces the leakage rate. For dynamic properties, six injection scenarios were designed. In three scenarios with equal injection durations, increasing the injection rate led to higher leakage. In the other three scenarios with constant injection volume, shorter injection durations resulted in less leakage and proved more cost-effective. A comparison between hydrogen and carbon dioxide leakage showed that hydrogen, due to its lower density and solubility in water, has a higher leakage potential. In modeling, the EDFM method closely matched the performance of the projected EDFM (pEDFM) in high-permeability fractures, but in low-permeability fractures (relative to the matrix), EDFM showed inaccuracies, while pEDFM delivered more accurate results. In field-scale operations, such as drilling two wells on either side of the fracture network, leakage was significantly reduced, though the economic feasibility of drilling additional wells requires evaluation. Injection into deeper layers also resulted in lower leakage compared to injections near the cap rock. These findings offer practical solutions for optimizing subsurface hydrogen storage and reducing leakage risks, emphasizing the importance of precise design of static and dynamic parameters.
كليدواژه هاي فارسي
هيدروژن , شبكه شكاف , آبخوان , سنگ پوش , نشت
كليدواژه هاي لاتين
hydrogen , fracture network , aquifer , Caprock , Leakage
Author
Karimi
SuperVisor
Dr. Fazeli