| Abstract |
Understanding CO$_{2}$/brine multiphase migration processes is critical for effectively evaluating potential storage capacity, ensuring storage security, and predicting the long-term fate of CO$_{2}$ storage in saline aquifers. Success depends on the development and application of appropriate research methods. This paper accordingly reviews the progress made in research methods on CO$_{2}$/brine two-phase migration. Due to intrinsic linkage between CO$_{2}$ migration and trapping in saline aquifers, prediction of CO$_{2}$/brine migration processes requires an accurate understanding of CO$_{2}$ trapping mechanisms. Six recognized physical or geochemical mechanisms, including structural and stratigraphic trapping, residual gas trapping, hydrodynamic trapping, solubility trapping, local capillary trapping and mineral trapping, can impede or prevent CO$_{2}$ migration according to different dominating variables, and consequently immobilize CO$_{2}$ in brine formations at varying time and spatial scales. Laboratory experiments, field-scale monitoring and computational modeling are the main approaches in studies on CO$_{2}$/brine multiphase migration. Different techniques have been designed and developed within each of these methods in terms of physical conditions and spatial scales of multiphase migration phenomena. Due to multi-scale characteristics of CO$_{2}$/brine multiphase migration processes and complementary relationships among these methods and techniques, different research methods and techniques are often used in combination. Based on a systematic analysis of limitations and weaknesses, improvements are recommended which could potentially increase the accuracy, reliability and applicability of the approaches.Comprendre les processus de migration multiphasique du CO$_{2}$/saumure est essential pour évaluer efficacement la capacité de stockage potentiel, assurer la sécurité du stockage et pour prédire le devenir à long terme du stockage du CO$_{2}$ dans des aquifères salins. Le succès dépend de la mise au point et de l’application de méthodes de recherche appropriées. Cet article examine en conséquence les progrès réalisés dans les méthodes de recherche sur la migration biphasique du CO$_{2}$/saumure. En raison du lien intrinsèque entre la migration et le piégeage du CO$_{2}$ dans des aquifères salins, la prévision des processus de migration du CO$_{2}$/saumure nécessite une compréhension précise des mécanismes de piégeage du CO$_{2}$. Six mécanismes physiques ou géochimiques reconnus, y compris le piégeage structural et stratigraphique, le piégeage résiduel du gaz, le piégeage hydrodynamique, la solubilité, le piégeage capillaire local et le piégeage minéral, peuvent entraver ou empêcher la migration du CO$_{2}$ en fonction de différentes variables dominantes, et par conséquence immobiliser le CO$_{2}$ dans des formations de saumure à des échelles spatio-temporelles variables. Des expériences en laboratoire, le suivi à l’échelle de site et la modélisation numérique sont les principales approches utilisées dans les études de la migration multiphasique du CO$_{2}$/saumure. Différentes techniques ont été conçues et développées au sein de chacun de ces méthodes en termes de conditions physiques et d’échelles spatiales pour les phénomènes de migration multiphasique. A cause des caractéristiques multi-échelles des processus de migration multiphasique du CO$_{2}$/saumure et des complémentarités entre ces méthodes et techniques, différentes méthodes de recherche et techniques sont souvent utilisées de manière combinatoire. A partir d’une analyse systématique des limites et faiblesses, des améliorations sont recommandées qui pourraient potentiellement augmenter la précision, la fiabilité et l’applicabilité des approches.Entender los procesos de la migración multifásica CO$_{2}$/salmuera es crítico para evaluar efectivamente la capacidad potencial de almacenamiento, confirmando la seguridad del almacenamiento, y prediciendo el destino a largo plazo del almacenamiento de CO$_{2}$ en acuíferos salinos. El éxito depende del desarrollo y la aplicación de métodos apropiados de investigación. En ese sentido, este trabajo revisa el progreso realizado en los métodos de investigación sobre la migración bifásica CO$_{2}$/salmuera. Debido al vínculo intrínseco entre la migración de CO$_{2}$ y su captura en acuíferos salinos, la predicción de los procesos de migración de CO$_{2}$/salmuera requiere un conocimiento exacto de los mecanismos de captura del CO$_{2}$. Seis reconocidos mecanismos físicos o geoquímicos, incluyendo la captura estructural y estratigráfica, captura de gas residual, captura hidrodinámica, captura de solubilidad, captura local capilar y captura mineral pueden impedir o prevenir la migración de CO$_{2}$ de acuerdo a las diferentes variables dominantes, y consecuentemente inmovilizar el CO$_{2}$ en las formaciones de salmuera a distintas escalas de tiempo y espacio. Los experimentos de laboratorio, monitoreo en escala de campo y modelado computacional son los principales en los enfoques en los estudios sobre la migración multifásica de CO$_{2}$/salmuera. Se han diseñado y desarrollado diferentes técnicas dentro de cada uno de estos métodos en términos de condiciones físicas y escalas espaciales de los fenómenos de migración multifásica. Debido a las características de los procesos de migración multifásica de CO$_{2}$/salmuera y relaciones complementarias entre estos métodos y técnicas, diferentes métodos y técnicas de investigación son a menudo usados en combinación. Basado en un análisis sistemático de las limitaciones y debilidades, se recomiendan mejoras que podrían potencialmente incrementar la precisión, confiabilidad y aplicabilidad de los enfoques.了解CO$_{2}$/卤水多相迁移过程对有效地评估潜在存储能力、确保存储安全和预测咸水含水层内CO$_{2}$存储的最终结局至关重要。成败取决于合适研究方法的开发和应用。因此,本文论述了CO$_{2}$/卤水两相迁移研究方法上取得的进展。由于咸水含水层内CO$_{2}$迁移和圈闭之间固有的联系,CO$_{2}$/卤水迁移过程的预测需要精确了解CO$_{2}$的圈闭机理。六个公认的物理和地球化学机理为结构和地层圈闭、残留气体圈闭、水动力圈闭、可溶性圈闭、局部毛细管圈闭及矿物圈闭,根据不同的主导变量,这些机理可以阻止或预防CO$_{2}$迁移,从而使卤水层中的CO$_{2}$在不同时间和空间尺度上停止迁移。室内试验、室外尺度的监测和概念模拟是研究CO$_{2}$/卤水多相迁移的主要方法。根据多相迁移现象的物理状况和空间尺度,对这些方法中的每种方法都设计和开发了不同的技术。由于CO$_{2}$/卤水多相迁移过程的多尺度特征和这些方法和技术间的互补关系,不同的研究方法和技术常常结合起来使用。在系统分析其局限性和缺点的基础上,提出了改进措施,这些改进措施能潜在地增加方法的准确性、可靠性和适用性。Compreender os processos de migração multifásica CO$_{2}$/salmoura é fundamental para avaliar de forma eficaz a capacidade de armazenamento potencial, garantindo a segurança de armazenamento, e prevendo o destino a longo prazo do armazenamento de CO$_{2}$ em aquíferos salinos. O sucesso depende do desenvolvimento e aplicação de métodos de pesquisa apropriados. Este artigo revê, consequentemente, o progresso feito em métodos de pesquisa sobre migração bifásica CO$_{2}$/salmoura. Devido à ligação intrínseca entre a migração de CO$_{2}$ e o aprisionamento em aquíferos salinos, a previsão de processos de migração CO$_{2}$/salmoura requere uma compreensão exata dos mecanismos de aprisionamento do CO$_{2}$. Seis mecanismos físicos ou geoquímicos reconhecidos, incluindo aprisionamento estrutural e estratigráfico, aprisionamento de gás residual, aprisionamento hidrodinâmico, aprisionamento por solubilidade, aprisionamento capilar local e aprisionamento mineral, podem dificultar ou impedir a migração de CO$_{2}$, de acordo com diferentes variáveis dominantes e, consequentemente, imobilizar CO$_{2}$ em formações salgadas a escalas temporais e espaciais variadas. Experiências laboratoriais, monitorização em escala de campo e modelação computacional são as principais abordagens em estudos sobre migração multifásica CO$_{2}$/salmoura. Diferentes técnicas têm sido concebidas e desenvolvidas dentro de cada um desses métodos em termos de condições físicas e escalas espaciais de fenómenos migratórios multifásicos. Devido às caraterísticas multi-escala de processos de migração multifásica CO$_{2}$/salmoura e a relações de complementaridade entre esses métodos e técnicas, diferentes métodos e técnicas de investigação são muitas vezes utilizados em combinação. Com base numa análise sistemática das limitações e fraquezas são recomendados aperfeiçoamentos, o que poderia aumentar a precisão, confiabilidade e aplicabilidade das abordagens. |
