[发明专利]一种二氧化碳注入多尺度岩体的扰动响应预测方法及系统

说明书

本发明涉及一种二氧化碳注入多尺度岩体的扰动响应预测方法及系统，所述方法包括：对多尺度岩石基质注入超临界二氧化碳的扰动响应进行预测；对多尺度岩体结构注入超临界二氧化碳的扰动响应进行预测；对多尺度岩石基质‑岩体结构体系注入超临界二氧化碳的扰动响应进行预测。本发明中的上述方法能够准确分析超临界二氧化碳注入扰动下多尺度岩体和渗流力学性质的跨尺度时空演变过程。

技术领域

本发明涉及岩体工程地质力学领域，特别是涉及一种二氧化碳注入多尺度岩体的扰动响应预测方法及系统。

背景技术

实现“碳达峰”和“碳中和”的技术路径主要包括减少二氧化碳排放量和增加碳汇两个方面，其中二氧化碳捕集、利用与封存技术是目前国际公认的最直接、最有效的地质碳汇措施。二氧化碳地质封存技术是将工业捕集的二氧化碳以超临界态的形式（温度高于31.1℃，压力高于7.38MPa）注入到地下深处（800m以深）具有适当封闭条件的地层中进行长期安全（千年至万年尺度）封存和隔离的过程。超临界二氧化碳注入将会扰动封存场址中的岩体，使其产生复杂的化学、物理、力学响应。定量预测多尺度岩体对超临界二氧化碳注入扰动的响应过程，是科学、合理指导封存场地选址的关键。

岩体是由岩石基质和断裂裂隙组成的具有多尺度结构特征的地质体，岩石基质和断裂裂隙共同决定了岩体的物理力学及渗流特性。对于岩石基质而言，前人分别从化学、物理、力学方面对超临界二氧化碳注入下岩石基质的孔隙度、渗透率变化规律有了一定认识，但是没有融合地球化学反应与物理力学作用，因此难以准确预测超临界二氧化碳注入扰动下岩石基质孔隙度、渗透率及其渗流力学参数的动态变化。对于断裂裂隙而言，前人缺乏大型物理模拟试验研究，所得单条裂缝的研究结果难以反映岩体中复杂裂缝网络对注入超临界二氧化碳的响应规律，同时传统室内试验难以实时可视化追踪岩体内部多尺度破裂演化与气液运移过程。

本发明以多尺度岩体精细刻画为前提，提供了一种适用于二氧化碳封存场址多尺度岩体注入超临界二氧化碳扰动响应预测的试验方法，以准确分析超临界二氧化碳注入扰动下多尺度岩体和渗流力学性质的跨尺度时空演变过程，从而支撑当前二氧化碳地质封存潜力和适宜性评价的需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种二氧化碳注入多尺度岩体的扰动响应预测方法及系统，准确分析超临界二氧化碳注入扰动下多尺度岩体和渗流力学性质的跨尺度时空演变过程。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种二氧化碳注入多尺度岩体的扰动响应预测方法，所述预测方法包括：

对多尺度岩石基质注入超临界二氧化碳的扰动响应进行预测；所述对多尺度岩石基质注入二氧化碳的扰动响应进行预测包括：对不同压力、温度以及不同注入场景条件下的多尺度岩石基质进行化学响应预测和对不同压力、温度和不同注入场景条件下的多尺度岩石基质进行物理、力学响应预测；

对多尺度岩体结构注入超临界二氧化碳的扰动响应进行预测；所述对多尺度岩体结构注入二氧化碳的扰动响应预测包括：对试验样品尺度岩体结构注入二氧化碳的扰动响应进行预测和对物理模型尺度岩体结构注入二氧化碳的扰动响应进行预测；

对多尺度岩石基质-岩体结构体系注入超临界二氧化碳的扰动响应进行预测。

可选的，所述对不同压力、温度以及不同注入场景条件下的多尺度岩石基质进行化学响应预测具体包括：

采集深部咸水层、枯竭的油气藏储层以及深部不可采煤层的典型岩石并加工成试样；

采用核磁共振岩芯驱替装置在所述试样中注入超临界二氧化碳；

采用正交实验法，通过核磁共振岩芯驱替装置的加载系统和温控系统模拟不同应力、不同温度以及不同注入场景的工况，实时监测岩石流体化学和同位素组成变化的时空响应过程；

将驱替试验前后的样品加工成适用于微观-纳观测试成像的样品；