干热岩水力压裂下储层物性及其渗透性研究

来源 :太原理工大学 | 被引量 : 6次 | 上传用户:feng_lingpeng
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我国对清洁、可再生能源的开发随着经济快速发展和社会进步备受重视,而地热资源在我国储量丰富,开发利用地热资源现实意义重大,其在开采过程中如何在致密低渗的干热岩储层中以低成本、高效率地建造人工热储一直是重点和难点。因此,研究干热岩水力压裂下储层物性及其渗透性研究,对人工热储的建造以及促进地热资源开发利用,具有重要指导意义。为了研究干热岩水力压裂下储层物性及其渗透性,本文以“鲁灰”花岗岩为研究对象,通过红外测温仪扫描和金相显微镜扫描手段,分析不同热冲击后的花岗岩温度、温度梯度随时间变化关系以及花岗岩各矿物组分、表面形态特征的变化规律。以微机控制电液伺服万能试验机和声发射仪为实验平台,对不同热冲击下的花岗岩的各种力学参量、声发射特征进行研究。与此同时,运用Comsol Multiphysics5.3有限元软件构建了热流固耦合数值计算模型,分析不同热冲击后裂隙岩体劣化规律以及渗透性变化特性。得出以下主要结论:(1)600℃内花岗岩试件分别在10℃水和60℃水作用下均受到热冲击作用,且试件在10℃水中比60℃水冲击下降温幅度更显著,降温速率、温度梯度也相应增高。由此可见,花岗岩试件在10℃水比在60℃水中受热冲击作用更显著。(2)随热冲击作用增高,花岗岩颜色逐渐变浅(呈现棕黄色现象),黑云母组分分布减少,吸水率也相应升高,微孔隙、裂隙等缺陷越明显且各矿物组分间的粘结力也逐渐减小。(3)600℃内花岗岩试件在60℃水冲击作用下试件的单轴抗压强度与弹性模量随热冲击作用的升高而降低,而峰值应变总体上呈现上升趋势;10℃水冲击作用下试件随温度梯度的升高试件的力学参量也有明显下降,但总体上优于60℃水冲击作用。(4)花岗岩试件在加载过程中,压密阶段以及弹性变形阶段监测到的声发射信号频率较少,而随着进一步加载,声发射振铃计数率以及能率在塑性阶段达到峰值,即发生在峰值应力的70%90%附近。其次,在10℃水冲击作用下试件声发射振铃计数率和能率都要高于60℃水冲击作用,表明60℃水冲击作用下花岗岩的强度要优于10℃水冲击作用,试件内部所受热损伤程度较小以及内部稳定性结构较好,释放的声发射信号较少。(5)通过CM5.3软件进行数值计算,在不同埋深和渗透率条件下,当埋深和水压较小时,应力表现为压应力分布,水压力值较大时为拉应力分布。而在2000m以下时,在压裂过程中裂隙岩体破坏时始终表现为压应力分布,其埋深越大,压应力值也相应增大。其次,在不同埋深下裂隙岩体渗透率在10-16m2比渗透率在10-17m2压裂效果较好。(6)注入流体介质温度的降低能有效促进热储层增透致使储层建造更加容易。注入流体介质温度降低50℃,渗透比率增加0.04%。
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