采用数值流形法对CO2地质封存多场耦合的数值模拟

"超临界"态的二氧化碳（CO2）具有近似液体的较高密度，又具有气体的良好流动性。本项目拟对超临界态CO2地质封存过程中应力场、多相流场、热场、化学场多场多相态耦合进行数值模拟研究。通过合理考虑节理岩体的不连续性、不均匀性以及各向异性等特点，推导并建立不连续介质中超临界态CO2地质封存的数学、力学和化学模型。在由申请人主导开发的三维数值流形法软件的基础上，建立应力场和不同物理场的数学覆盖和物理覆盖模型，通过各物理场覆盖之间的相互耦合，模拟超临界态CO2的渗流、迁移以及和节理岩体的物理、化学相互作用。通过对超临界态CO2地质封存进行数值模拟，并用模型实验进行验证，进一步完善CO2地质封存稳定性和安全性的评价标准。本研究在理论上突破传统的孔隙和裂隙介质多物理场耦合的计算模型，将节理岩体中的多场多相态耦合用先进的数值流形法来模拟，在实践中为CO2地质封存提供科学依据。

"超临界”态的二氧化碳CO2具有近似液体的较高密度，又具有气体的良好流动性。本项目对超临界态CO2地质封存过程中应力场、多相流场耦合作用进行数值模拟研究。针对流体在裂隙孔隙岩体介质中渗透的特点，本项目提出一套适可以进行稳态、瞬态、变饱和多相渗流计算的统一管道网络渗流计算方法，可用于二维及三维裂隙和孔隙介质渗流分析。该方法具有概念简单、计算高效、编程方便等特点。既可以针对超临界二氧化碳地质封存在裂隙和孔隙岩层中的油驱替分析，也可以拓展到其它与不连续岩体介质渗流相关的工程领域，如：隧道突水突泥、水封储油、地下核废料存储、水力劈裂等计算分析。主要研究内容包括7个方面：（1）裂隙网络和介质的管道网络生成方法；（2）统一管道网络渗流模拟方法；（3）基于统一管道网络方法对岩体稳态渗流各向异性的研究；（4）基于统一管道网络方法裂隙孔隙介质自由面渗流研究和应用；（5）瞬态变饱和渗流统一管道网络计算方法及其应用；（6）统一管道网络多相渗流方法在二氧化碳地质封存注入模拟的应用；（7）CO2驱油管道网络数值流形法。本研究在理论上突破传统的孔隙和裂隙介质等效连续介质模型，将节理岩体中的多场多相态耦合用先进的统一管道网络渗流分析方法和数值流形法来模拟，在实践中为CO2地质封存的评估提供科学依据。