[发明专利]一种化学反应作用下多孔介质的水压升降判别模型及方法

权利要求书

1.一种化学反应作用下多孔介质的水压升降判别模型，其特征在于，该水压升降判别模型为：

式(Ⅰ)中，E₀为充填体的限制模量，E₀＝3K_d(1–v)/(1+v)，v为充填体的泊松比；K_d为充填体的固体骨架的体积模量；ε_shf和Q_f分别为化学反应完成时的总的水体积变化和能量变化；n为充填体的孔隙度；ρ_s和ρ_w分别为充填体中固体颗粒的密度和水的密度；C_s和C_w分别为充填体中固体颗粒的比热容和水的比热容；β_s和β_w分别为充填体中固体的热膨胀系数和水的热膨胀系数；α为充填体的比奥系数，α＝1–(K_d/K_s)，K_s为充填体中固体颗粒的体积模量；f(T)表示水压升降判别因子；

其中，所述β_w是温度的函数，为：

式(1)中，T是充填体的绝对温度；

该水压升降判别模型用于监测在化学反应作用下多孔介质的水压变化。

2.一种化学反应作用下多孔介质水压变化的分析方法，其特征在于，该方法包含：在不排水的绝热环境中，采用如权利要求1所述的水压升降判别模型分析化学反应将造成的水压变化。

3.一种如权利要求1所述的水压升降判别模型的构建方法，其特征在于，该方法包含：

(S100)基于一维条件下多孔介质的热固结控制模型，结合充填体的总水压和竖直方向的应变率，获得充填体超孔隙水压力演化的控制模型，为：

其中，K_w为水的体积模量，u为超孔隙水压力，t为时间，z为深度，γ_w为水的重度，γ’为固体颗粒的有效重度，m为充填速率，K为充填体的渗透系数，为化学反应造成的水体积变化率，p_w为充填体的水压；

(S200)对于已经充填完成的充填体单元，m＝0且在忽略充填体中的渗流的情况下，得到充填体无渗流超孔隙水压控制模型，为：

(S300)基于充填体无渗流超孔隙水压控制模型，结合在多孔介质中无热传导和热对流的情况下的能量守恒模型，得到：

其中，在多孔介质中无热传导和热对流的情况下，所述多孔介质的能量守恒模型为：

式(7)和(8)中，为化学反应释放或消耗热量的速率；

(S400)考虑到化学反应导致的水体积和能量的变化是同步的，将式(7)变换为：

式(9)中，为化学反应速率；

(S500)根据式(9)，在不排水的绝热环境中化学反应将造成水压的上升或下降，水压升降判别模型为：

4.根据权利要求3所述的水压升降判别模型的构建方法，其特征在于，在步骤(S100)中，一维条件下所述多孔介质的热固结控制模型，为：

式(3)中，K_w为水的体积模量，p_w为充填体的水压，ε_z为充填体的竖向应变，K为充填体的渗透系数，为化学反应造成的水体积变化率。

5.根据权利要求3所述的水压升降判别模型的构建方法，其特征在于，在步骤(S100)中，所述充填体的总水压为超孔隙水压力u和静水压力之和，为：

p_w＝u+γ_w(mt-z) (4)

式(4)中，γ_w为水的重度，γ_w＝ρ_w·g，g为重力加速度；

其中，所述充填体在竖直方向的应变率为：