24 / 2025-11-18 14:45:18

多场耦合下盐岩-混凝土界面断裂与氢渗流特性研究

地下储氢,氢渗流

研究盐岩-混凝土的破断-渗流特征对于储气库井筒稳定性的评估有着重要的作用，为了研究多场耦合作用下盐岩-混凝土的破断-渗流特征，本文采用自行设计研究的固流热耦合万能试验仪，对不同损伤度（0％损伤度，60％损伤度，70％损伤度，80％损伤度，90％损伤度）盐岩在实时高温三轴应力条件下的渗透率演化规律进行了实验测定，然后通过CT技术对实验后盐岩的孔裂隙结构特征进行了定量表征。通过DIC技术探究了氮气和氦气在盐岩-混凝土组合体中的剪切渗透特征，得到了盐岩-混凝土的破断-渗流特征，主要结论如下：

（1）由于滑脱效应（气体分子与孔壁碰撞概率降低，在管壁处形成不吸附薄层并产生滑移速度），试件在0-损伤度和0.6-损伤度下，其渗透率和孔隙率随着渗透压的增加展现出先下降后上升的趋势。特别是在2 MPa的渗透压处，这一趋势发生了明显的拐点。而对于0.7-0.9损伤度的试件，随着渗透压的增加，渗透率和孔隙率则表现为逐渐上升的趋势，因为此时损伤应力几乎与体积扩容应力相等。

（2）由于氦气分子小于氮气分子，当其他条件相同时，氦气通常具有比氮气更高的渗透率，当岩石结构变化时，对氮气测得的渗透率影响较为显著。随着损伤程度的增加，孔隙率急剧增加，当损伤程度达0.9时，盐岩孔隙率为21.95%。

（3）当预制裂缝所在岩石不同时，组合体临界劈裂压力不同，预制裂缝在盐岩时的临界劈裂压力小于预制裂缝在混凝土时的临界劈裂压力。当其他条件相同，充入气体不同时，盐岩-混凝土组合体发生劈裂的临界压力不同，且充入氦气时的劈裂临界压力要小于充入氮气时的劈裂临界压力。

（4）当预制裂缝所在岩石不同和通入高压气体不同时，裂缝扩展至交界面处时的扩展方式明显不同。裂缝穿过交界面扩展类型主要包括三种：裂缝扩展至盐岩-混凝土交界面后，然后直接贯穿界面进入组合体；裂缝扩展至盐岩-混凝土交界面后，沿着交界面扩展，然后裂缝偏移贯穿进入组合体；裂缝扩展至盐岩-混凝土交界面后，沿交界面处扩展和延伸。