盐穴CO2封存库中近场围岩损伤演化与密闭性研究

深部地下盐穴是实施CO2地质封存的理想场所之一。CO2注入盐穴后的长达千年的封存期内，盐穴内部压力的增加及由此带来的溶腔围岩损伤扩容和渗透性变化是评价盐穴CO2封存库密闭性的关键问题。受实验方法和设备的限制，目前国内还缺乏对该问题的深入研究和全面分析。利用MTS815岩石力学实验机、自行设计开发的三轴力学－渗透加载测试机等实验系统，模拟盐穴封存库建造和内压长期增加过程中，盐岩的三轴拉伸、压缩应力状态以及盐岩的力学－渗透耦合环境，对盐岩的损伤扩容特性、渗透性及其与孔隙率、裂缝扩展密度和方向等影响因素的相互关系进行系统实验研究，建立在三轴拉、压不同条件下的统一盐岩扩容准则、损伤－渗透耦合本构关系。在此基础上对典型的盐穴CO2封存库的长期增压过程和渗透性进行数值模拟，从而为CO2盐穴封存库的设计和长期密闭性评价提供参考和依据。

深部地下盐穴是实施CO2地质封存的理想场所之一。在CO2封存在盐穴的上千年时间内，盐穴内压增加以及由此带来的围岩损伤扩容和渗透性变化是研究盐穴封存CO2密闭性的关键问题。因为实验条件和其他因素的限制，国内对此问题的研究还十分有限。.首先，本项目利用四川大学MTS815试验仪，德国克劳斯塔尔工业大学三轴试验仪以及德国IFG公司自行研制的岩石力学设备针对金坛盐岩和江汉盐岩，进行了盐岩三轴压缩试验、盐岩三轴伸长试验、盐岩三轴长期蠕变试验以及三轴伸长-渗透耦合试验。通过分析在试验中测得的盐岩试件应力-应变、体积变形、声发射等数据得到了盐岩的在复杂受力状态下的力学特征和物理特性；其中盐岩在三轴伸长状态下的力学和渗透特性是具有开创性的试验成果。.其后，结合前人的相关成果，我们建立了盐岩的弹塑性损伤本构模型，利用该模型进行的数值计算结果与试验曲线高度吻合，这证明了这一损伤模型的合理性。在引入逾渗的概念后，利用平均压力三轴压缩试验的结果，我们建立了以声发射作为判据的盐岩逾渗损伤模型。利用盐岩三轴长期蠕变试验结果，采用Norton稳态蠕变模型，我们进一步研究了盐岩的蠕变参数，并得到了很好地结果。在研究了三轴压缩试验、三轴伸长试验的渗透测试结果和三轴伸长-渗透耦合试验结果后，我们发现盐岩在破坏点以前的渗透率是极低的，且在加载过程中其值并无太大变化，基本处于e-22~e-19量级。.最后，在上述工作的基础上，我们选取国外某球形溶腔，计算CO2封库过程的解析解和数值模拟结果，得到了两种方法的内压演化规律。结果显示，在较高的初始内压下，解析解与数值模拟相似；在初始内压较小时，数值模拟结果在初始阶段内压增长较为缓慢。计算结果表明，初始内压比不小于0.2时，CO2封库过程会趋于收敛。