马天然 沈伟军 *†,2) 刘卫群 Xu Hao

* (中国矿业大学力学与土木工程学院,江苏徐州 221116)

† (中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室,江苏徐州 221116)

** (中国科学院力学研究所,北京 100190)

†† (中国科学院大学工程科学学院,北京 100049)

*** (劳伦斯伯克利国家实验室地球科学部,美国伯克利 94720)

引言

深入探索多孔介质中多相流动和固体变形特征对精准认识地下资源开发利用,例如石油勘探开发、煤层气和页岩气开采、二氧化碳地质封存等领域,具有重要的工程意义[1-4].在流体输送过程中局部压力和饱和度梯度下的渗流作用改变了孔隙结构特征,打破了储层内部的水力平衡;固体空间结构的变化影响了储层内部流体的运移路径和流通能力,具体表现为多孔介质孔隙度和渗透率等物性参数的动态响应.发展和建立两相渗流与固体变形耦合模型及其相应的数值方法是准确描述和阐明储层内水力行为的有效手段[5-7].

针对两相渗流和固体变形耦合模型的数值方法主要包括有限元法[8-10]、有限体积法[11-12]以及混合计算方法[13-14]等.对于两相流问题的离散和数值求解,传统有限元能够确保流体域内整体的质量平衡,但是无法实现流体在跨越单元间的局部质量平衡,因此不适用于求解对流占主导的非线性不混溶问题;有限体积法在确保局部流量平衡的同时,具有较高的计算效率,因此在工业界和工程尺度模拟中得到了广泛应用.在通常情况下,有限体积方……