鹽穴CO2封存庫中近場圍岩損傷演化與密閉性研究

《鹽穴CO2封存庫中近場圍岩損傷演化與密閉性研究》是依託四川大學，由謝凌志擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：鹽穴CO2封存庫中近場圍岩損傷演化與密閉性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：謝凌志
• 依託單位：四川大學

項目摘要

深部地下鹽穴是實施CO2地質封存的理想場所之一。CO2注入鹽穴後的長達千年的封存期內，鹽穴內部壓力的增加及由此帶來的溶腔圍岩損傷擴容和滲透性變化是評價鹽穴CO2封存庫密閉性的關鍵問題。受實驗方法和設備的限制，目前國內還缺乏對該問題的深入研究和全面分析。利用MTS815岩石力學實驗機、自行設計開發的三軸力學－滲透載入測試機等實驗系統，模擬鹽穴封存庫建造和內壓長期增加過程中，鹽岩的三軸拉伸、壓縮應力狀態以及鹽岩的力學－滲透耦合環境，對鹽岩的損傷擴容特性、滲透性及其與孔隙率、裂縫擴展密度和方向等影響因素的相互關係進行系統實驗研究，建立在三軸拉、壓不同條件下的統一鹽岩擴容準則、損傷－滲透耦合本構關係。在此基礎上對典型的鹽穴CO2封存庫的長期增壓過程和滲透性進行數值模擬，從而為CO2鹽穴封存庫的設計和長期密閉性評價提供參考和依據。

結題摘要

深部地下鹽穴是實施CO2地質封存的理想場所之一。在CO2封存在鹽穴的上千年時間內，鹽穴內壓增加以及由此帶來的圍岩損傷擴容和滲透性變化是研究鹽穴封存CO2密閉性的關鍵問題。因為實驗條件和其他因素的限制，國內對此問題的研究還十分有限。 首先，本項目利用四川大學MTS815試驗儀，德國克勞斯塔爾工業大學三軸試驗儀以及德國IFG公司自行研製的岩石力學設備針對金壇鹽岩和江漢鹽岩，進行了鹽岩三軸壓縮試驗、鹽岩三軸伸長試驗、鹽岩三軸長期蠕變試驗以及三軸伸長-滲透耦合試驗。通過分析在試驗中測得的鹽岩試件應力-應變、體積變形、聲發射等數據得到了鹽岩的在複雜受力狀態下的力學特徵和物理特性；其中鹽岩在三軸伸長狀態下的力學和滲透特性是具有開創性的試驗成果。 其後，結合前人的相關成果，我們建立了鹽岩的彈塑性損傷本構模型，利用該模型進行的數值計算結果與試驗曲線高度吻合，這證明了這一損傷模型的合理性。在引入逾滲的概念後，利用平均壓力三軸壓縮試驗的結果，我們建立了以聲發射作為判據的鹽岩逾滲損傷模型。利用鹽岩三軸長期蠕變試驗結果，採用Norton穩態蠕變模型，我們進一步研究了鹽岩的蠕變參數，並得到了很好地結果。在研究了三軸壓縮試驗、三軸伸長試驗的滲透測試結果和三軸伸長-滲透耦合試驗結果後，我們發現鹽岩在破壞點以前的滲透率是極低的，且在載入過程中其值並無太大變化，基本處於e-22~e-19量級。 最後，在上述工作的基礎上，我們選取國外某球形溶腔，計算CO2封庫過程的解析解和數值模擬結果，得到了兩種方法的內壓演化規律。結果顯示，在較高的初始內壓下，解析解與數值模擬相似；在初始內壓較小時，數值模擬結果在初始階段內壓增長較為緩慢。計算結果表明，初始內壓比不小於0.2時，CO2封庫過程會趨於收斂。