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地下热-水动力-力学耦合过程数值模拟以CO2地质储存为例.pdf
第 35 卷第 8 期 岩 土 力 学 Vol.35 No. 8
2014 年 8 月 Rock and Soil Mechanics Aug. 2014
文章编号：1000－7598 －(2014) 08 －2415 －11
地下热-水动力-力学耦合过程数值模拟：
以CO 地质储存为例
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雷宏武，金光荣，石 岩，李佳琦，王福刚，许天福
（吉林大学 地下水资源与环境教育部重点实验室，长春 130021）
摘 要：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 CO 注入地层后的 THM
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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 CO 注入引起的压力上升向外消散。CO 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
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地表的位置。
关 键 词：热-水动力-力学耦合过程；Biot 固结理论；CO 地质储存；数值模拟
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中图分类号：O 351 文献标识码：A
Numerical simulation of subsurface coupled thermo-hydro-mechanical (THM)
processes: Application to CO geological sequestration
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LEI Hong-wu, JIN Guang-rong, SHI Yan,
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