利用煤层进行CO2地质封存成为了学术研究的热点之一。煤具有典型的双孔结构特征,在煤层中注入CO2既可有效地封存温室气体,还可驱替和提高煤层气产量,有广阔的应用前景。但是在煤层中封存CO2的过程中涉及到煤的变形、气体的吸附、渗流与扩散等一系列力学问题,极大地制约了这项技术的实施。根据多孔介质弹性力学理论,综合利用理论分析和数值模拟手段系统研究了CO2煤层封存中的煤体变形、气体吸附、气体渗流和气体扩散等多物理场耦合系统,主要得到以下结论:(1)根据裂隙和孔隙系统之间相互作用,建立了适合各自特点的渗透率变化模型。根据多孔介质弹性理论的有效应力原理建立了包含气体流动和吸附作用影响的煤的变形方程。根据气体在煤中的流动和吸附储存的特点分别建立了裂隙和孔隙中的气体流动控制方程。控制方程中包含了固体变形、流体渗流、流体吸附等多物理场耦合作用。(2)考虑到煤中残余水分对气体吸附的影响,利用Ettinger模型,建立了包含湿度效应的裂隙和孔隙系统的渗透率变化模型,并将湿度效应引入双重孔隙介质多物理场耦合模型。(3)利用COMSOL Multiphysics结合双重孔隙介质模型,对CO2煤层封存进行了模拟,
