应力下的反应输运：可变形多孔介质中的渗透率演化

我们研究受力多孔介质中的反应输运，其中固体基质的溶解引起两种同时发生且相互竞争的效果：孔隙扩大（化学变形），以及因力学弱化导致的孔隙压密。一种新颖的、基于机理的孔隙尺度模型模拟了在固定围压下样品的驱替，表明增大应力会抑制渗透率增强，增加达到某一渗透率所需的注入体积，与近期实验一致。我们通过下游（溶解较少因而较硬的区域）的应力集中来解释此行为。由于该区域传导性也较低，即便其微小压密也会产生强烈的瓶颈效应，从而抑制渗透率。我们的结果还阐明应力的影响取决于溶解机制。在蠕孔条件（慢速注入，即高Damkohler数Da）下，尖锐溶解前缘的发展与高孔隙度反差加剧了瓶颈效应。这降低了输运异质性，促进蠕孔竞争。一旦出口开始侵蚀，输运及随之溶解的极端聚焦——蠕孔的特征——便占主导，削弱瓶颈效应从而减小应力影响。相反，在低Da下，上游反应不完全使试剂穿过样品，引起更均匀的溶解。持续的溶解及其下游压密的部分抵消提供了应力影响平稳、渐进的增强。因此，应力的影响在高Da早期（低渗透率）和低Da临近突破时更为显著。我们的工作增进了对水力力学性质演化的理解，对从岩石成岩与风化到井增产和碳地质封存等过程具有重要意义。