数字岩石毛细管网络中碳酸盐矿物化作用的孔尺度模拟

预测地质构造中孔隙空间几何演化过程因液体-固体相互作用而具有应用于储集工程、油气回收以及二氧化碳地质储存。然而，缺乏能够将流体流动与物理化学过程在岩石孔尺度上耦合的建模框架。本文报告了一种将岩石孔隙建模为相连毛细管网络并模拟毛细管直径因反应流动引起的修改方法。具体而言，通过迭代求解输运方程，同时计算网络中每个毛细管的直径变化，以此建模矿物侵蚀、沉积、溶解和沉淀过程。该自动化建模框架能够在秒级CPU时间内完成直径为(1.125mm)$^3$、包含$125\times 10^6$个体素的数字岩石样本的仿真。作为计算方法的应用案例，我们模拟了盐水注入和碳酸钙沉淀于砂岩中的过程。为定性比较基于常数沉淀或流速相关沉淀模型得到的仿真结果，我们跟踪毛细管直径分布随时间的变化以及相连孔隙空间的渗透性。为便于验证与复用，我们已将自动化仿真工作流程、反应流模型库以及数字岩石样本置于公开仓库。