论文部分内容阅读
在污水回注过程中，地层孔隙压力、温度是不断变化的，这将导致地层多孔介质的变形，而地层的变形又会影响地层孔隙压力以及温度的变化；同时回注污水中的化学物质将会影响地层介质的物性参数，从而引起地层应力、温度以及孔隙流体渗流的变化。反过来，地层应力、温度以及孔隙流体渗流的变化又会影响污染物的运移。地层中孔隙流体渗流、地层变形、温度变化和污染物运输的过程是相互影响、相互作用的，这就是常说的热-水-力-化(THMC)耦合问题。THMC耦合问题研究在石油工程、地下核废料存储等很多领域有着非常重要的实用价值。由于THMC耦合模型的形式随着研究对象的不同而有所差异，因而建立符合实际工程情况的THMC耦合模型非常困难。本文以饱和多孔介质作为研究对象，采用混合分析法，建立了小变形情况下的THMC全耦合数学模型，通过数学解析解和数值模拟对所建立数学模型进行了验证。本文在连续介质力学理论基础上，针对多场耦合问题，特别是THMC耦合问题，开展了以下研究工作：(1)利用等效连续介质理论，根据质量守恒方程、动量平衡方程、能量守恒方程以及相应的基本方程(状态方程和本构方程)，推导THMC多场耦合数学模型，模型中重点考虑了化学场与其它各场的耦合作用；(2)通过有限Fourier变换求解一维情形下的THMC耦合控制方程组，并与已有的Terzaghi理论解进行比较验证，验证结果说明了所建立模型的合理性；(3)利用Comsol multiphysis软件对注水井热-流-固耦合及污水回注过程中的THMC耦合问题进行数值模拟，对地下岩层位移、孔隙压力、温度以及浓度等参数各个时刻的变化进行对比分析。在此基础上，得出一系列有意义的结果，具体说明THMC耦合问题研究的重要性，进一步对多场耦合问题作用规律进行研究。