شماره ركورد
34092
پديد آورنده
توحيد سامي
عنوان
شبيهسازي امكان نشت هيدروژن از ناحيه آسيبديده گسل موجود در پوشسنگ با استفاده از روش EDFM
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي نفت گرايش مخازن
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/07/27
استاد راهنما
دكتر محمدتقي صادقي
استاد مشاور
دكتر حسين فاضلي
دانشكده
مهندسي شيمي، نفت و گاز
چكيده
با افزايش تقاضا براي انرژيهاي پاك، ذخيرهسازي زيرزميني هيدروژن در سازندهاي زمينشناسي بهعنوان يك راهكار كليدي براي مديريت نوسانات منابع تجديدپذير مطرح شده است. بااينحال، ايمني و پايداري اين پروژهها بهشدت به يكپارچگي لايه پوشسنگ وابسته است كه ميتواند توسط ناپيوستگيهايي مانند گسلها به خطر بيفتد. هدف اصلي اين پژوهش، كميسازي ريسك نشت هيدروژن از طريق شبكه شكاف موجود در ناحيه آسيبديده يك گسل در پوشسنگ آبخوان و تحليل حساسيت اين پديده نسبت به پارامترهاي كليدي زمينشناسي و عملياتي است.
در اين تحقيق، يك مدل مفهومي سهبعدي از يك آبخوان شور توسعه داده شد. براي غلبه بر هزينههاي محاسباتي بالاي شبيهسازيهاي تركيبي، نوآوري اصلي اين پژوهش، توسعه و اعتبارسنجي يك ماژول اختصاصي در محيط نرمافزار MRST بود كه امكان شبيهسازي دقيق و كارآمد سيستم هيدروژن-آبنمك را با استفاده از مدل نفت سياه فراهم آورد. شبكه شكاف گسسته (DFN) در ناحيه آسيبديده گسل با استفاده از روابط تجربي معتبر و با روش مدل شكاف گسسته تعبيهشده (EDFM) شبيهسازي شد. در ادامه، تحليلهاي حساسيت جامعي بر روي عرض ناحيه آسيبديده گسل، نرخ تزريق، نفوذ مولكولي و تبخير آب انجام گرفت.
نتايج نشان داد كه عرض ناحيه آسيبديده كه ارتباط غير مستقيمي با پيوندپذيري شبكه شكاف دارد و همچنين نرخ تزريق، غالبترين عامل كنترلكننده نشت بوده و افزايش آن منجر به افزايش شديد و غيرخطي در حجم نهايي نشت ميشود. تحليل ديناميك زماني، وجود دو رژيم جريان متمايز "محدود شده توسط ماتريس" و "محدود شده توسط آبخوان" را آشكار ساخت. يكي از يافتههاي كليدي اين پژوهش، مشخص شدن اين نكته است كه نرخ نشتي پس از مدتي افزايش، بر روي عدد خاصي نوسان ميكند كه متأثر از نرخ تزريق و همچنين شدت شبكه شكاف ميباشد. در مقابل، تأثير پديده نفوذ مولكولي بر موازنه جرم كلي ناچيز ارزيابي شد. همچنين، نتايج نشان داد كه درنظرگرفتن مدل گاز تر (با تبخير آب) به دليل افزايش ويسكوزيته، حجم نشت را تغييري نميدهد و تأثير دما و شوري هم بر نشتي برسي شد كه در اين پژوهش مشاهده شد كه پرامتر هاي گسل كه در اينجا آناليز بر روي جابهجايي گسل بود، نقش مهمي در ميزان نشت هيدروژن دارند؛ همچنين درصد مهمي از گاز تزريقي، در آب حل ميشوند كه باعث هدر رفت آن ميشود و تاثير ناچيز نفوذ ملكولي و گاز تر مشاهده شد و علاوه بر اين ها، در دماي كمتر گاز بيشتر نشت ميكند و در شوري آب بيشتر هم به همين صورت است.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/09/10
عنوان به انگليسي
Simulation of Hydrogen Leakage through a Damaged Zone of a Fault in Caprock using the EDFM Method
تاريخ بهره برداري
10/19/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
توحيد سامي
چكيده به لاتين
With the increasing demand for clean energy, underground hydrogen storage in geological formations has emerged as a key solution for managing the intermittency of renewable resources. However, the safety and sustainability of such projects strongly depend on the integrity of the caprock, which may be compromised by discontinuities such as faults. The main objective of this study is to quantify the risk of hydrogen leakage through the fracture network within the fault damage zone of a caprock aquifer and to conduct a sensitivity analysis on key geological and operational parameters.
In this research, a conceptual three-dimensional model of a saline aquifer was developed. To overcome the high computational cost of coupled simulations, the major novelty of this study lies in the development and validation of a dedicated module in the MRST environment that enables accurate and efficient simulation of the hydrogen–brine system using a black-oil formulation. The discrete fracture network (DFN) within the fault damage zone was generated based on credible empirical correlations, and simulated using the Embedded Discrete Fracture Model (EDFM). Comprehensive sensitivity analyses were performed on the damage zone width, injection rate, molecular diffusion, and water vaporization.
The results indicate that the damage zone width as it indirectly controls fracture connectivity and injection rate are the dominant factors influencing leakage, and their increase leads to a sharp and nonlinear rise in the final leakage volume. Temporal flow dynamics revealed two distinct flow regimes: “matrix-limited” and “aquifer-limited.” A key finding of this study is that the leakage rate, after an initial rise, tends to oscillate around a specific value governed by the injection rate and fracture intensity. Conversely, molecular diffusion was found to have a negligible effect on the overall mass balance. Additionally, including wet-gas behavior (water vaporization) did not alter the leakage volume due to viscosity-related effects. Temperature and salinity were also examined, showing that lower temperatures and higher salinity can intensify hydrogen leakage. Moreover, a considerable proportion of the injected hydrogen dissolves into the brine, leading to storage efficiency losses, whereas the role of diffusion and wet-gas effects remains minor.
كليدواژه هاي فارسي
ذخيرهسازي زيرزميني هيدروژن , ناحيه آسيبديده گسل , شبكه شكاف گسسته , شبيهسازي به روش نفت سياه , روش EDFM
كليدواژه هاي لاتين
Underground hydrogen storage (UHS) , Fault damage zone (FDZ) , Discrete fracture network (DFN) , Black-oil simulation , EDFM method
Author
Tohid Sami
SuperVisor
Mohammad Taghi Sadeghi