地下热-水动力-力学耦合过程数值模拟：以CO2地质储存为例

在地下流动系统问题的研究中，热-水动力-力学（THM）耦合过程是研究的热点问题。在地下多相非等温数值模拟软件TOUGH2的框架内，基于Biot固结理论和摩尔-库仑破坏判定准则，建立了THM耦合模型；采用积分有限差和有限元联合的空间离散方法，开发了THM模拟器TOUGH2Biot。该模拟器中热和水动力过程是全耦合，力学过程是部分耦合。通过与解析解的对比，验证了其正确性。基于鄂尔多斯盆地CCS示范工程，采用TOUGH2Biot研究了CO2注入地层后的THM响应。结果显示CO2的注入引起流体压力急剧增加，地层有效应力减小，地表隆起，隆起大小在几十个厘米，同时孔渗增加，利于CO2注入引起的压力上升向外消散。CO2注入最有可能导致剪切破坏的位置位于最大速率注入点上部盖层，其次为靠近地表的位置。