No processo de construção do reservatório de armazenamento de hidrogênio em cavernas salinas, geralmente é necessário transformar a cavidade dissolvida em um espaço de armazenamento utilizável por meio de injeção de gás e expulsão de solução salina. Os parâmetros do processo nesta fase afetam diretamente a capacidade efetiva do reservatório salino e a segurança operacional. Para reduzir os custos e os riscos de segurança causados pelo uso de H₂ como meio de expulsão da solução salina, e formar uma estrutura estável de camada de lastro durante a fase de construção, foram selecionados CH₄, N₂ e CO₂ como gases de camada de lastro e estudou-se seu comportamento de fluxo durante a fase de injeção e expulsão e seu impacto no desempenho do armazenamento de hidrogênio em cavernas salinas. Com base nos parâmetros geológicos da região salina Dunham nos Estados Unidos, foi construído um modelo tridimensional da caverna salina utilizando a plataforma de simulação numérica CMG-GEM, realizando uma análise sistemática dos fatores chave, como taxa de expulsão, pressão de injeção e tipo de gás da camada de lastro, avaliando-se o tempo de fistulagem do gás, o volume acumulado injetado, a capacidade efetiva de H₂ e a proporção de gás da camada de lastro. Os resultados da simulação indicam que a taxa de expulsão é o fator dominante que controla o comportamento da fistulagem do gás e a capacidade efetiva. Quando a taxa de expulsão é aumentada de 40 m³/h para 80 m³/h, o tempo de fistulagem do gás avança cerca de 34%, a capacidade efetiva de armazenamento de hidrogênio diminui cerca de 9%, e a interface gás-água evolui de uma descida suave geral para uma forma cônica ao longo do eixo do poço. A pressão de injeção aumentada de 22 MPa para 25 MPa pode aumentar o volume acumulado de injeção em cerca de 13,6%, mas tem impacto limitado no momento de ocorrência da fistulagem do gás. Sob diferentes condições do gás da camada de lastro, devido à maior solubilidade e redução da tensão interfacial do CO₂, a fistulagem do gás tende a ocorrer mais facilmente durante a fase de expulsão, com a proporção do gás da camada de lastro podendo atingir cerca de 45%; sob condição de CH₄ obtém-se maior capacidade efetiva de H₂; o N₂ apresenta proporção menor do gás da camada de lastro (cerca de 37%) e características de pureza de H₂ mais favoráveis. Além disso, diferentes formas de cavernas salinas têm impacto significativo no comportamento da fistulagem do gás, volume acumulado de injeção e capacidade efetiva, mas sob a mesma taxa de expulsão, as leis gerais de variação com a taxa de expulsão são consistentes entre as diferentes formas e a variação da proporção do gás da camada de lastro é pequena. O estudo indica que a seleção razoável do gás da camada de lastro e o controle da taxa de expulsão durante a fase de construção ajudam a retardar a ocorrência da fistulagem do gás, melhorar a capacidade efetiva de armazenamento de hidrogênio da caverna salina e a segurança operacional, fornecendo base para o projeto do processo de construção do reservatório de armazenamento de hidrogênio em cavernas salinas.

Armazenamento de hidrogênio em cavernas salinas; injeção de gás e expulsão de solução; gás de camada de lastro; simulação numérica; fistulagem de gás