THM耦合条件下CO_(2)地质封存注入方案优化研究 (1).pdf

书书书 工程地质学报 （）龚耕，李毅，唐栋，等 耦合条件下 地质封存注入方案优化研究 工程地质学报，（）：，（）：耦合条件下 地质封存注入方案优化研究龚耕李毅唐栋喻浩蒋中明（长沙理工大学，水利与环境工程学院，长沙 ，中国）（长沙理工大学，水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室，长沙 ，中国）摘要我国首个 示范工程神华多储层场地出现了单储层吸气量剧增的现象，在其原设计方案下，压缩后变冷的 被注入至深部高温含水层中，引起首层含水层中流体压力和温度应力急剧变化，从而导致大量裂隙产生，增加了单储层的可注入性的同时，降低了系统总体封存能力，并带来了泄露风险。本文基于 三维多相多组分 耦合数值模拟程序，开发了场地尺度岩体开裂模块来研究 注入方案对目标含水层耦合特性和开裂特性的综合影响，并设计了定速率、先增速后定速、间歇定速、间歇变速、二次变速等多类型注入方案，分别计算分析了储层岩体的热力学特性、多相流特性与开裂情况。结果表明：设计方案下含水层产生了较多的开裂现象，是导致其可注入性增大的根本原因，持续注入 引起含水层岩体中有效应力大幅度降低，渗透率增加，定速率方案产生的温度应力最小，在设计各类注入方案中，定速率注入方案下储层的裂缝发育最少。关键词 耦合；二氧化碳地质封存；数值模拟；开裂中图分类号：文献标识码：收稿日期：；修回日期：基金项目：湖南省教育厅科学研究重点项目（资助号：），湖南省自然科学基金项目（资助号：），国家自然科学基金（资助号：）（），（）（）第一作者简介：龚耕（），男，硕士生，主要从事岩土体多场多相耦合方面的研究 ：通讯作者简介：李毅（），男，博士，副教授，主要从事水利与岩土工程方面的教学与研究工作 ：（，）（，），；引言碳封存（）是解决全球气候变暖的重要手段之一，神华 示范项目是我国第 个在含水层地质储存二氧化碳的试点项目，也是第 个从捕获到储存的全链条煤基 试点项目。在长达 年的 注入过程中，神华 场地观测到了一些较为独特的现象，在 层可吸收 的含水储层中，最上两层（第 层和第 层）的 吸收量远大于其下伏 层的吸收量，通过对监测数据的分析发现，因压缩后 温度降低，当注入到上两层储层后引起了强烈的热力耦合效应，出现了开裂情况，致使储层岩体渗透率增大，使其可吸收性剧增（，）。在场地尺度的注入操作中 的注入速率和温度是影响封存安全的重要因素，长时间注入至吸收层会引起裂隙及岩石基质的应力场发生改变，产生强烈的 耦合效应，注入方案在很大程度上决定了井筒及储层温度压力变化，为此需要通过深入研究注入方案对储层耦合特性和开裂等因素的影响，来指导实际的场地注入操作工作。深入研究二氧化碳地质封存过程中涉及到的复杂岩体热 流 固（）耦合过程，对保障 工程安全运行具有重要的现实意义和广泛应用前景，国内外学者对于岩土体的 耦合问题进行了较多研究。陈益峰等（）基于连续介质力学原理和混合体理论建立了多孔介质多相流 全耦合数学模型，揭示了多场耦合机制，为进一步的耦合研究奠定了基础。（）基于热固结原理提出了饱和多孔介质的 耦合基本控制方程，但他忽略了热交换和岩石温度变化对岩石力学性质的影响。（），（）结合 和 代码开发了 耦合程序，解决了模拟多孔介质裂隙岩石中的多相渗流、热传导及变形的问题。随后为解决岩土体地下工程中的 耦合问题，众多耦合模型被开发。雷宏武等（，）结合 固结理论，建立了 耦合模型，之后他又将 固结理论和莫尔 库仑破坏判定准则结合建立了 耦合模型，采用积分有限差分和有限元联合的空间离散方法开发了 模拟器 。于子望等（）通过搭接 和 实现了多相多组分流的 耦合过程计算分析。这些都是用来解决多场耦合问题的重要数值模拟工具，但是针对解决耦合开裂模拟问题的数值模拟工具还鲜有研究。在 耦合下工程岩体常伴随着裂隙萌生、扩展及其相互贯通，成为威胁工程岩体安全性和稳定性的主要因素。注入致裂则是其中的一种常见的情况，广泛发生在注水、注气、抽采的油藏或气藏中，关于这方面已有较多的研究。早期以简单解析模型研究为主，（）提出了一种半解析模型，用于预测注水期间注水诱发的裂缝扩展，然而，该模型忽略了热应力并且没有讨论地层和注入流体之间的热传递。（）通过将流动性能与断裂力学耦合起来提出了著名的三区域模型，该模型在后来的水驱诱发裂缝研究中得到了高度引用。随后发展到最近的流动性能和地质力学耦合复杂的模拟程序，在前人的基础上，提出量化 储存过程中热驱动裂缝的几何形状，发现高注入速率和注入冷流体会导致岩石裂隙扩展最终达到力学平衡而停止增长（，；，）。刘泉声等（）通过分析裂隙对 耦合的重要控制作用，提出了在 耦合中考虑裂隙网络扩展演化及模拟的关键问题。李琦等（）通过在三场耦合方程中导入损伤变量建立岩石损伤过程中的热孔弹耦合模型，发现较高速率的注入会引起岩石的受拉破裂并导致拉伸损伤范围的扩大，（）龚耕等：耦合条件下 地质封存注入方案优化研究但并未考虑注入速率变化带来的影响。虽然目前相关的研究关注到了热应力和孔隙压力变化带来的注入致裂问题，但是对于具体工程中不同注入方案引起的耦合开裂问题还需深入研究。针对上述问题，本文以神华 示范项目为背景，在 的 耦合计算程序基础上，开发岩石在热 水 力作用下开裂模块，探索我国唯一的 工程中，其多储层含水层中的首层出现可注入性突然增大现象的原因。同时，模拟不同注入方案下 工程储层岩体中的水力学和热动力学特性、耦合效应及开裂情况，探究不同注入方案下的地层响应，旨在为其他 封存工程优化注入方案。理论模拟方法 耦合控制方程在多场耦合条件下研究岩石中的多相流问题，常采用温度场与流体场直接耦合计算再与应力场间接耦合计算的方法。本次研究采用的计算工具是结合开裂模型和 程序开发的耦合开裂模拟器。在耦合求解方面，是美国劳伦斯伯克利国家实验室 等人开发了结合热水耦合（）程序 和力学分析软件 的三维多组分多相 耦合数值模拟程序，该程序被广泛的应用在 地质封存、核废料处理、地热能利用等领域的耦合分析，具有较好的再开发条件。在 中，对于每种流体组分的总质量平衡是由各相累积而成的（表示为气相，表示为液相），对于一种组分（例如：表示空气，表示水，表示 ）：?()（）式中：为组分 的单位体积质量，可以计算为：（）式中：为孔隙度；和 为相 饱和度和密度；为组分 在流体相 的质量分数。在每个流体相 内组分 质量流量可以写成对流（达西）通量和非对流（扩散）流量之和为：（?）（）其中扩散流量计算（使用菲克定律）是：?（）作为多孔介质中有效分子扩散系数，它与温度、气体压力、介质弯曲度和气体饱和度有关。对于热对流的传导过程为：（）?（）（）式中：为各相的内能；为固体的比焓；为能量通量密度（包括对流和扩散通量）；为热源项。总热通量由对流通量对流相贡献的总和给出，而扩散通量为：（）式中：为 相中 分量的焓（单位质量能量）；而扩散或热传导受傅里叶定律支配：?（）在 中，它的力学或热力模块的控制方程：?（）式中：为岩石的平均密度。在一个时间步长的时间内，应力增量和位移由各种弹性或弹塑性本构规律控制，其一般形式为：（，）（）其中：（）式中：为指定材料函数；为无穷小应变速率张量；为时间步长；为单位张量；为比奥系数；为孔隙流体压力。无穷小应变速率张量以及无穷小应变 由控制：（?（?）（）（?（?）（）总应变增量可以分解为弹性、塑性和热膨胀部分：（）温度应变为：（）采用一阶有限差分方法和特殊混合离散方法对连续介质方程进行了空间离散。在这种方法中，有限差分方程的推导使用恒定应变率四面体单元形状，然后重叠形成最终区域单元。为了在塑性流动过程中提供更多的变形模式，必须采用叠加技术。使用显式有限差分公式离散时间导数，控制方程为：工程地质学报 （）（）（）式中：为节点速度；为 时刻节点 方向的不平衡力分量；为集中质量。耦合程序基本原理在 中是全耦合法计算热水耦合，而 部分主要计算应力，整个 耦合过程采用部分耦合方法，在计算出孔隙率、压力和温度等变量后传输到 中计算当前状态下的应力 应变，然后计算有效应力的变化值，再根据使用 语言将开裂模型编入的开裂模块判断单元是否开裂，否则根据各向同性力学经验模型修正孔隙率和渗透率，有则将渗透率和孔隙度增加特定值以模拟单元的开裂状态，然后将新的孔隙度和渗透率传输到 中，再进行下一时间步的耦合计算，直到时间步长结束，值得注意的是，程序中单元一旦开裂后续将保持固定值，耦合经验模型具体可以表达为：（）（）（）（）（）式中：为残余孔隙度；为零应力下孔隙度；（）为平均有效应力；为零应力下渗透率；、为经验参数，在本研究中分别取 和 ，不考虑盖层和不透水层耦合效应，参数设置为 。开裂单元的渗透率依据经验取其绝对渗透率的 倍，孔隙度取初始孔隙度加 。开裂模型 （）的研究表明若注入流体与储层之间存在较大的温差，大规模冷流体注入均可能产生由冷却引起的热应力或压力升高引起的热压裂。热压裂的现象在一些注水采油 工程中也被得到证实（，；，；，；，）。从我国第 个 示范工程（神华 工程）的监测数据可以看出将大量压缩后冷的 注入到深部含水层后，发生了明显的地层冷却，产生了大量地层温度裂缝。通过对神华场地监测数据的整理发现：井头和井底注入压力不断降低而场地的总体注入能力显著增强；高频井底压力和温度数据的突变可以捕获瞬时地层破裂现象；最大吸气含水层呈动态变化，从 到 ，最后稳定在 附近的两层（，）。进气区的动态变化通过延时式流量计的记录情况（在每个注入步骤结束时记录）进行跟踪，该记录是在具有独特设计的带有停注功能的年度间歇注入能力测试中进行的。上两层含水层的变化与热压裂现象相吻合，它的有效应力变化（）是由压力升高和温度降低引起，且其大于初始静水压力 的 。中的热应力是利用井底温度、杨氏模量 、泊松比 和热膨胀系数 计算出。通过将 （随时间和深度的变化）与相关深度的水力压裂压力数据（，）进行比较，提出多层热压裂的概念模型：（，）（，）（）（）（）式中：（）为泛函数；压裂压力比 在本研究中取经验值为 ；为压力和温度的函数，他们可以从下面的式子得到：（，）（，）（，）（）（）（）（）（）式中：为压裂压力；温度应力 可以计算为（，）：（，）（）（，）（）（）有效应力变化（）是由压力升高和温度降低引起的，结合监测数据分析和水力压裂数据对比可以推测其大于原位静水压力 的 的临界标准就会产生开裂，开裂模型通过 计算程序编译至 节中提到的 结果变量返回至 计算变量的耦合计算环节。模拟方法 数值模型神华 场地为多吸收层存储场地，但若刻画全部 层吸收层，网格模型的单元数量将会达几十万之多，数值模拟的计算时长将过长，然而，我们通过对监测资料的分析发现（，），吸收占比超总量的 的吸收层为第 层，注入能力测试的初期就出现了热压裂现象，耦合效应最为明显，受其影响其他吸收层的耦合效应并不明显，再者，流量监测仪已经记录了不同年份进入到各吸收层的 注入量，因而各层的注入条件也较为清晰，为减少不必要的耦合计算时间，取第 层吸收层为研究对象开展独立的耦合计算分析。参考神华刘家沟组和石千峰组地层地质结构和 （）龚耕等：耦合条件下 地质封存注入方案优化研究属性，建立数值模型（图 ），模型范围为 ，垂向深度范围为 ，地层分为自上而下的 层：顶层为盖层，厚度 ，中间为含水层，厚度 ，最下为下垫层，厚度 ；注入井位于模型中心位置，分辨率为 ，深入至下垫层 。模型网格划分在井周进行局部加密，共有 个单元。图 数值模型网格 水平剖面；垂直剖面 初始和边界条件模型的渗流边界为：模型四周侧面边界为第一类边界，顶部和底部为隔水边界。模型的力学边界为：顶部施加应力约束，底部为固定位移约束，四周为法向约束。模拟的初始条件如下：所有单元的初始水饱和度全为 ，零盐度。模型顶部水压为 ，地下为静水压力梯度分布；模型顶部温度为 ，增加梯度为 。表 为本模拟中所有地层使用的相关参数的值，取值参考实际场地数据和相关学者的研究（，；崔振东等，；，；，；，；，；，；李毅，；于慧等，）。模拟方案设计为全面了解不同注入方案对目标含水层的耦合效应和诱导开裂情况，参考神华设计的间歇变速注表 计算采用相关参数的值 参数盖层含水层不透水层单位弹性模量 泊松比 内摩擦角 （）黏聚力 抗拉强度 渗透率 孔隙度 零应力渗透率 零应力孔隙度 残余孔隙度 岩石密度 热膨胀系数 相对渗透率模型 毛细管压力模型 残余水饱和度 残余气饱和度 岩石热传导率 （）岩石颗粒比焓 （）相对渗透率、毛细管压力模型的经验参数 分别取值 、，比奥系数取 入方案（带有间歇注停功能的注入方案以降低超压风险），保持注入总量不变和相同时间注入气体的比焓一致，注入速率采用神华场地 年最初前 注入测试中的第 层按流量比分配后的注入速率（，），按流量分配可以保证对第 层模拟的准确性，设计定速率、间歇定速、持续增速后定速、间歇变速、二次变速 种 注入方案，并对各工况进行了耦合计算和结果分析，重点关注注入方案的变化对于地层开裂情况的影响。图 和表 反映的是各注入方案的细节。模拟结果分析 有效应力变化特征为研究不同注入方案在不同位置带来的有效应力变化情况，监测距离井筒分别为 、含水层上部单元的有效应力变化值，图 图 反应不同位置单元在不同注入方案下有效应力随时间的变化关系，由图 图 可知，近井位置的有效应力变化更为剧烈，变化幅度可达 ，接近目标储层深度的平均开裂压力值 ，属于开裂高风险区，而距离井 工程地质学报 图 各注入方案注入速率与时间关系 表 注入方案设计 注入方案注入时间 注入条件 间歇变速 （）、连续定速 间歇定速 （）、增速定速 （）二次变速 （）图 距离井筒中心位置 处的有效应力变化 处有效应力变化则小于 ，趋于原位有效应力。因长期恒定速率注入导致含水层压力持续增长，因此，该注入方案下单元有效应力呈持续降低趋势，整体的变化幅度最小，只有 左右，最不利于储层开裂，属于优势方案；增速后定速的方式在注入初期的注入速率较小，单元有效应力并未产生较大变化，当注入速率积累至一定值后，持续的注图 距离井筒中心位置 处的有效应力 图 距离井筒中心位置 处的有效应力 图 距离井筒中心位置 处的有效应力 入操作同样会引起含水层内压力积聚和温度应力增加，导致有效应力下降显著，引起开裂风险；间歇定 （）龚耕等：耦合条件下 地质封存注入方案优化研究图 距离井筒中心位置 处的有效应力 图 距离井筒中心位置 处的有效应力 速和间歇变速的方案的变化幅度最为明显，虽然神华间歇变速方案在注入初期变化并不显著，但是在第 次注入后变化剧烈，此后最大达到 变化幅度，致使初期产生致裂的不利条件，是造成第一储层的可注性骤增的根本原因，而间歇定速方案在初期就产生了较大的有效应力变化值从而导致裂隙的产生，这也和后面的分析相符；二次变速注入方案下，整体上注入速率并不过大，在整个注入期间有效应力的变化幅度比定速间歇和变速间歇方式情况要小，整体上有效应力波动性范围小且呈变小的趋势。压力变化特征图 、图 分别为注入期第 时含水层上部径向单元和井筒垂向单元的压力变化情况。由图可知，不同注入方案下，注入结束时含水层压力图 井筒垂向压力分布 图 含水层上部径向压力分布 差相差很大，相差约 。垂直方向上，线性增速后定速注入方案的含水层段井筒内压力积聚最大可达 ，不利于储层的稳定，而由于 时间歇注入方案此时为关井状态，所以压力处于较低水平，同时定速间歇的压力要小于变速间歇方式，这也表明了神华注入方案的压力消散相对较慢，不利于储层的稳定，二次变速注入的压力变化由于有速率缓慢下降的注入阶段则处于低水平，只有 ，更不利于裂隙的产生，定速率方案由于持续注入处于相对较高水平；在水平方向上，定速率和增速后定速的方案压力变化范围在井 周 范 围 内 比 其 他 方 案 大，最 大 相 差 ，表明井周附近开裂风险大于其他方案，而井周压力变化最小的方案是二次变速方案，仅有 ，属于优势方案。工程地质学报 温度变化特征图 、图 分别反应注入期第 时含水层上部单元和井筒单元的径向和垂向温度分布情况。由图可知，由于井筒周围积聚了大量的 ，井周的热岩石和冷的二氧化碳发生热交换导致近井的岩石温度低，因此井筒附近的温度会低于较远处，离井筒中心位置 以外的地方温度开始趋于原位温度，相较于压力的影响范围要小很多；由于井筒未贯穿下垫层，气体在含水层下部积聚，在井筒下部段未运移过远距离，导致了下部井筒的温度变化不大。井周 范围内温度变化值大约在 ，相应的温度应力变化值 远大于压力变化值，也表明了温度应力变化在有效应力变化中占主要地位；神华场地采用的变速间歇方案，其含水层的温度最低，相较于定速方案温度差达到 ，因此其产生的温度应力巨大从而达到开裂条件，而定速率方案的温度变化最小，所以其产生的温度应力会小于其他方案，不利于产生开裂。图 井筒内垂向温度分布 耦合引起的渗透率变化特征孔隙流体压力的增加和地层温度的降低均会导致有效应力降低，从而影响地层耦合后渗透率变化情况。图 、图 反应的是含水层上部耦合后的渗透率和初始渗透率的比 ，图 中出现的渗透率突变至 倍情况是模拟中设定的出现开裂的情况，渗透率和有效应力呈现很好的相关性，区域内的渗透率变化平均在 倍，间歇定速注入方案整体变化大是由于其整体上的注入速率相较于其他的方案大，导致其在第 天内就出现了破裂的情况；间歇变速注入方案在停注期间渗透率降低至原始水图 含水层上部径向温度分布 图 含水层上部 随时间分布 图 含水层上部 随径向距离分布 平附近；二次变速注入方案渗透率变化较大，最大值是初始的 倍；增速后定速情况在增速阶段 （）龚耕等：耦合条件下 地质封存注入方案优化研究随着有效应力的持续降低其渗透率也随之逐渐增加，后在增速阶段内出现破裂使得渗透率陡增的现象；定速率方案下 在 倍附近持续缓慢增长直至出现破裂。图 中近井位置的渗透率增大最为明显，甚至出现开裂，因为此范围内的压力和温度变化较大，在较远位置的渗透率比平均为 倍，表明此处渗透率趋向于地层原始渗透率。含水层开裂情况图 图 和表 反应的是含水层的开裂和裂隙单元扩展情况，图中有效应力变化值超过 的深度即视为出现开裂的深度范围。结合开裂模型可知，定速率的注入方案下，含水层的有效应力变化随时间越来越接近破裂条件，在 左右出现第 次破裂，后续只破裂了离井筒中心位置的 附近的两个单元，破裂时间最晚，破裂情况最好，相较于其他方案是最优方案；增速后定速的注入方案大约在 左右出现到达破裂标准的情况，虽然在注入初期离破裂标准还有距离，但是在后期定速注入后压力积聚到不利于地层稳定的水平，裂隙单元向下扩展，最后的破裂范围为 ，含水层的破裂单元有 个；间歇定速的注入方案在第 天内的注入操作中就出现了破裂单元，并且在后续的注入操作中持续向其他方向开裂，最后在第 时含水层的总破裂单元达到 个；间歇变速的注入方案在第 的注入操作时出现了大于破裂标准的情况，最终破裂范围为 ，含水层的破裂单元数量是 种方式中最多的，其破裂情况最坏，到达了 个单元；二次变速的注入方案出现破裂情况的时间在 左右，裂隙单元集中在含水层下部，随着注入速率下降，有效应力变化值低于破裂标准，图 和图 表明含水层在后续的持续注入操作中持续开裂，且破裂单元开始向含水层上部扩展。讨论如前所述，高速率和低温 注入到初始温度较高的深部含水层中，会导致储层流体压力增加、温度应力急剧变化，从而导致大量裂隙产生，增加了单储层的可注入性的同时，也降低了系统封存能力和带来了泄露风险。因此，正确认识注入方案对储层耦合和开裂的影响，采用优化的注入方案对保证场地稳定吸收和降低泄露风险起着重要的作用。图 含水层垂向有效应力改变量 图 定速注入方案含水层垂向有效应力改变量 图 二次变速注入方案含水层垂向有效应力改变量 （）有效应力与渗透率有很好的相关性，而致冷 的注入会引起含水层压力的增加和温度降低导致有效应力降低渗透率增加，所以控制好注入速率和注入温度能在很大程度上降低吸收层的开裂 工程地质学报 图 间歇变速注入方案含水层垂向有效应力改变量 图 间歇定速注入方案含水层垂向有效应力改变量 图 增速定速注入方案含水层垂向有效应力改变量 风险和提高储层的存储能力。近井处的有效应力变化剧烈，极易导致其变化值大于目标储层的破裂标准值致使井周附近出现开裂。图 裂隙单元扩展情况：（）起裂状态；（）终止状态 ：（）；（）定速率方案；增速定速方案；间歇定速方案；间歇变速方案；二次变速方案；定速率方案；增速定速方案；间歇定速方案；间歇变速方案；二次变速方案 （）龚耕等：耦合条件下 地质封存注入方案优化研究表 含水层开裂情况 相关值定速率 增速后定速 间歇定速间歇变速 二次变速破裂范围 破裂数量 个 破裂时间 （）温度和压力分别反映了流体的热力和水力性质，是导致有效应力剧烈变化的重要因素。在采用不同注入方案下，速率的影响使含水层压力和温度产生很大差别。定速率方案压力变化范围在井周附近 内最大为 ，而相应的温度变化却最小，虽然二次变速的方案压力变化较小，但是其温度变化值与定速率方案相差 （），所以定速率和二次变速方案的压力变化值和温度变化值的范围都更利于储层的稳定。（）含水层耦合后，区域内的渗透率变化值平均在 倍，近井位置的渗透率增大现象最为明显，甚至出现开裂情况，在较远位置的渗透率比平均为 倍，此处渗透率趋向于地层原始渗透率，储层渗透率的增加有利于气体的注入。近井附近出现破裂，渗透率增加两个量级，形成利于气体通过的快速通道，这将有利于提高开裂层的注入能力，但缺点是对于多储层系统会降低其他层的利用率。（）种注入方案均产生了破裂，其中定速注入方案产生破裂的时间比较靠后且开裂数量最少。由于定速注入和二次变速注入的破裂范围较小，为了进一步比对研究两种注入方案的优劣，通过延长计算时间至 对比发现，定速注入方案的破裂范围为 ，而二次变速注入方案的破裂范围为 ，表明此后定速注入方案裂隙的发育范围比二次变速注入方案范围小，更加不利于裂隙的扩展。值得提到的是，虽然间歇注入的方式能很好地利用关井期间消散掉注入期间积聚的压力，这将有利储层的平稳吸收，但是关井期间此前岩石基质中因温度变化产生的温度应力很难迅速消散掉，因此其带来的温度应力影响不容忽视。结论本文聚焦揭示不同 注入方案对类似神华场地条件下地层的耦合和开裂情况的影响。结合 场地监测数据的经验，提出了 耦合下储层岩体开裂模拟方法，然后通过数值模拟研究了不同注入方案在 耦合条件下目标层的水力、热力特性以及力学性质变化和开裂情况。同时提供了可选的实际场地注入操作的注入方案，为实际场地封存的安全性起指导作用。本文得到的结论如下：（）注入气体会引起含水层压力和温度急剧变化导致有效应力减小渗透率增大至 倍左右，从而增大含水层的可吸收性。因含水层温度梯度产生的热应力变化值较其孔隙流体压力变化值更大。（）定速率注入方案下的裂隙发育最少，仅 个单元；破裂时间最晚在第 ，最有利于场地的安全封存。对于易受应力影响改变其渗透特性的低渗岩石，在 注入地层的初期，不宜采用较大速率的注入操作，在经济安全的情况下，可以采用低速率定速注入的方案注入，以此保证吸收层的稳定吸收。（）种注入方案中，神华场地间歇变速方案因注入致冷 使得含水层的压力和温度急剧变化，最终导致其有效应力变化值超过临界破裂标准值，致使储层开裂情况最为不利，是其产生异常存储现象的根本原因。（）不同的注入方案影响着储层的有效应力变化方式和变化范围，直接导致其产生开裂情况出现差异变化，而裂隙的产生使得开裂层的可注入性骤增。需要指出的是，虽然全尺度模型的精度高，但本文的数值模型也能反应出一定的实际情况，同时，实际场地中不仅地质条件复杂，同时也可能伴随着裂缝和断层等不利因素，单一的采用一种注入方案是不可取的，本研究的成果只针对神华场地具有适用性，对于其他不同渗透特性的地层需要深入研究，可能采用不同的注入操作甚至是多种注入方案相结合的方式来达到保证地质封存场地的安全性，对于那些允许出现开裂来提高系统封存能力的场地，也可以采用较高速率的注入方案，既能满足经济性又能提高场地封存量，所以今后对于不同的场地条件需要采用耦合的方法加以深入研究以得到具有针对性适用性的注入操作。参考文献 ，（）：，工程地质学报 ，（）：，：，（）：，：，（）：，（）：，：，（）：，（）：，（）：，（）：，（），（），（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（），（）：，（）：，（）：（），：（），（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（）：，（），（）：，（）：，：，（）：，（）：，（）：陈益峰，周创兵，童富果，等 多相流传输 全耦合数值模 （）龚耕等：耦合条件下 地质封存注入方案优化研究型及程序验证 岩石力学与工程学报，（）：崔振东，刘大安，曾荣树，等 二氧化碳在砂岩透镜体中充注封存的盖层岩石抗断裂性能分析 工程地质学报，（）：雷宏武，金光荣，石岩，等 地下热 水动力 力学耦合过程数值模拟：以 地质储存为例 岩土力学，（）：雷宏武，李佳琦，许天福，等 鄂尔多斯盆地深部咸水层二氧化碳地质储存热 水动力 力学（）耦合过程数值模拟 吉林大学学报（地球科学版），（）：李琦，井淼 注入引起井筒周围岩石损伤的热孔弹耦合分析 岩石力学与工程学报，（）：李毅 岩石裂隙的非饱和渗透特性及其演化规律研究 岩土力学，（）：刘泉声，刘学伟 多场耦合作用下岩体裂隙扩展演化关键问题研究 岩土力学，（）：于慧，王昕，崔振东，等 二氧化碳注入砂岩透镜体中裂缝扩展模拟 工程地质学报，（）：于子望，张延军，张庆，等 搭接 算法 吉林大学学报（地球科学版），（）：工程地质学报