CO_2注入下岩层变形和流体运移分析（I）：两相流-岩层耦合模型-论文.pdf

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1、第35卷第9期岩土力学Vl01_35NO．92014年9月RockandSoilMechanicsSept．2014文章绽号t1000-7598(2014、09—2549一O6CO2注入下岩层变形和流体运移分析(I)：两相流一岩层耦合模型张帆一，周辉2，吕涛，胡大伟2，盛谦2，胡其志(1．湖北工业大学土木工程与建筑学院，武汉430068；2．中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室武汉430071；3．中国核电工程有限公司，北京100840)摘要：目前国内关于CO咸水层封存尚处于先导性和试验性研究阶段，对超临界CO注入过程中岩层力学响应和流体运移的

2、理论与技术方面的认识还不完善。为研究CO2注入下岩层变形和流体运移，基于两相流动数学模型，给出了超临界CO，和咸水质量守恒方程：采用毛细压力和有效饱和度的关系式，将质量守恒方程变换成以毛细压力为变量的表达式，以便于考虑流体压力对岩层的影响。提出了无流体压力影响下的岩层力学本构模型，该模型能够同时考虑岩层的塑性变形和损伤。分析了两相流体一岩层相互作用机制：一方面，采用有效应力原理，考虑流体压力对岩层的力学影响；另一方面，通过岩层固有渗透率变化考虑岩层变形对流体运移的影响。关键词：CO咸水层封存；两相流；弹塑性：损伤；有效应力；渗透率；流一固耦合中图分类号：Tu452

3、文献标识码：AAnalysisofreservoirdeformationandfluidtransportati0ninducedbyinjectionofC02intosalineaquifer：(I)Two-phaseflow-reservoircouplingmodelZHANGFan一，ZHOUHui，LOTao，HUDa．wei，SHENGQian，HUQi．zhi(1．SchoolofCivilEngineeringandArchitecture，HubeiUniversityofTechnology,Wuhan430068，China；2．Stat

4、eKeyLaboratoryofGeomechanicsandGeotechnicalEngineering，InstituteofRockandSoilMechanics，ChineseAcadem~,ofSciences，Wuhan430071，China；3．ChinaNuclearPowerEngineeringCo．，Ltd．，Beijing100840，China)Abstract：Deepundergroundinjectionofcarbondioxide(C02)intosalinereservoirinChinaisinthestageofpi

5、lotprojectandfieldvalidation．ThemechanicalresponseofreservoirandfluidtransportationinducedbyinjectionofsupercriticalC02areimperfectintheoryandtechnology．Inordertostudythereservoirdeformationandfluidtransportation，themassbalanceequationsforbothsupercriticalC02andsalinearefirstlypresent

6、edbasedontwo-phaseflowmode1．Thecapillarypressureisintroducedandservedastheargumentinthemassbalanceequationsaftersomeequationmanipulations，withthehelpofrelationbetweencapillarypressureandsaturationdegree，whichcanfacilitateconsiderationoftheinfluenceoffluidpressureonthereservoirformatio

7、n．Secondly,aconstitutivemodelisproposedtodescribethemechanicalbehaviorofdryrockofreservoirformationwithoutfluidpressure，boththeplasticdeformationanddamagemechanismcanbeconsidered．Thecouplingmechanismoffluidandreservoirformationisanalyzed；theefectivestressconceptiSusedtoconsidertheeffe

8、ctoff