高温高压气体在低含水率介质中迁移的数值模拟

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(西北核技术研究所，西安 710024)

1 引 言

探索高温高压气体在多孔介质中的运动规律具有广泛的应用背景，可用于地下爆炸实验中的气体输运[1]和温室气体减排中的二氧化碳地质封存[2]。实际的地介质中可能含有地下水，因此气体在地介质中的运动本质上是一个气液两相渗流过程，属于渗流力学的研究前沿问题。

Nitao[3]开发的NUFT程序可用来模拟污染物在地介质中的运移，如Carrigan等[4]利用USNT模块对地下核爆炸后氙的放射性同位素的迁移行为进行了模拟；Pruess等[5]开发的TOUGH2系列程序是目前研究多相多组分非等温渗流的主流软件之一，文献[6]利用该程序对内华达试验场的尤卡山进行了试验场尺度的研究；Flemisch等[7]开发的DuMux是一个模拟多孔介质内流体运移过程的开源软件，涵盖众多模型，如三相三组分非等温渗流模型[8]等。

姜广辉[9]对裂隙岩体中气液两相的渗流特性进行了实验测量和理论分析，研究了裂隙中气液两相的渗流机制；蒋兰兰[2]设计并搭建了核磁共振成像和X射线CT成像实验平台，进行了CO2排泄和吸吮的初步实验；鞠斌山等[10]建立了多组分非等温CO2混相驱动模型，考虑了对流、弥散、吸附以及储层破坏现象；何增等[11]建立了气液两相多组分非等温渗流的数学模型，并与气体渗流模型进行了比较。

对比可以看出，国外在该领域已形成众多成熟的软件和模拟器，而国内在数学模型和数值模拟方面的进展尚不充分。本文将针对文献[11]的数学模型发展适宜的数值离散方法，并对高温高压气体在低含水率地介质中的输运过程进行数值模拟，主要研究多孔介质的孔隙度和渗透率对气体迁移的影响。……