高温三轴应力下裂隙后期充填花岗岩渗透特性试验研究
发布时间：2021-10-11 17:36
进行花岗岩母岩（I类花岗岩）、热液充填体（II类花岗岩）、A类裂隙后期充填花岗岩（母岩与充填体之间的胶结界面横向贯通试样,III类花岗岩）和B类裂隙后期充填花岗岩（母岩与充填体之间的胶结界面纵向贯通试样,IV类花岗岩）高温三轴应力下的渗透特性研究。得出I,II,III及IV类花岗岩渗透率随温度变化的阈值温度分别为300℃,200℃,300℃和250℃。低于阈值温度时,4类花岗岩渗透率变化不大;高于阈值温度时,4类花岗岩渗透率分别快速提高了1,3,2及3个量级,其中II,IV类花岗岩渗透率量级在450℃以上达到10-1 mD。利用显微光度计观测了裂隙后期充填花岗岩的细观结构及其在高温作用下热致裂缝数量的变化。发现300℃后长度大于200μm的大裂缝的贯通是导致I,III类花岗岩渗透率增加的原因;充填体因溶蚀作用所具有的较低的强度及劣化的力学性能是致使Ⅱ,IV类花岗岩渗透率大幅超过I,III类花岗岩的主要原因。通过水岩热对流模型分析可知,在裂隙后期充填花岗岩内进行储层建造将大幅缩减施工成本、增加储层水岩换热面积及提高热交换效率,为深层干热岩地热开采提供新的技术及理论思考。
【文章来源】：岩石力学与工程学报. 2020,39(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
高温高压岩体三轴试验机Fig.3Hightemperatureandhighpressurerockmasstriaxialtestingmachine
石44斜长石53角闪石21云母9云母10辉石2其他2其他2表24类花岗岩样品基本物理力学参数Table2Physicalandmechanicalparametersoffourkindsofgranitesamples样品类型波速/(m·s－1)密度/(kg·m－3)弹性模量/GPaI5309275311.4II504321919.3III495525919.8IV3927267310.4图3高温高压岩体三轴试验机Fig.3Hightemperatureandhighpressurerockmasstriaxialtestingmachine达到热平衡。采用稳态流动法测量4类花岗岩试样渗透率，图4为渗透率测量流程图。选取高纯度氮气作为孔隙流体，阀门可控制高压氮气的压力及流量，使得氮气在试样内部流动满足层流要求。氮气流经试样后通过一根长约3m且与大气直接相连的橡胶管从排气孔引出，随后采用量筒排水法收集并测量排出的氮气量，用以计算渗透率。收集到的氮气经过在橡胶管中自然冷却以及在室温水中利用排图4渗透率测量流程图Fig.4Schematicillustrationofpermeabilitymeasurement水法收集以后，其温度近似等于室温。因此，温度和压力对收集到的氮气膨胀性的影响是可以忽略不计的，测得的氮气体积可以反映在大气压和室温条件下的氮气体积。采用一维状态下达西公式进行渗透率计算：atm22iatmQ2LPkAPP(1)式中：k为渗透率(Darcy，简写为D)，Q为大气压Patm下测得的气体体积流量(cm3/s)，为氮气动力黏度(20℃时为1.96×10－11MPa·s)，L为试件长度(cm)，A为截面面积(cm2)，Pi为进气口气体压力(MPa)。3试验结果研究发现，200℃以内花
?4。表44类花岗岩渗透率随温度变化的阈值温度Table4Thresholdtemperatureofpermeabilitychangewithtemperatureforfourtypesofgranite试件类型阈值温度/℃I300II200III300IV2504讨论4.1花岗岩母岩及热液充填体渗透率变化与热破裂相关性分析为研究深层花岗岩渗透率变化与热破裂的关系，本文利用MPV-SP显微光度计对花岗岩母岩及热液充填体显微切片进行了500℃以内破裂特征的细观观测并拍照，放大倍数为：目镜10倍，物镜10倍。花岗岩母岩及热液充填体显微观测薄片见图7，不同类型显微观测薄片数量不少于3片。观测方法及步骤参考Z.J.Feng等[13，30]。不同温度下花岗岩母岩与热液充填体热致裂缝数量变化情况见图8，9。(a)花岗岩母岩(b)热液充填体图7显微观测薄片Fig.7Thinsectionsformicro-observation深层花岗岩母岩是由多种矿物结晶形成的非均质岩体。对于非均质岩体而言，只要温度发生变化，晶体颗粒间、晶体颗粒与胶结物间便会因热膨胀率及热弹性性质的不同产生热应力。当热应力超过其结合力时，便会发生热破裂并产生裂缝。花岗岩渗图8花岗岩母岩热致裂缝数量随温度变化曲线Fig.8Changeofthermallyinducedfracturenumberofgraniteparentrockversustemperature图9热液充填体热致裂缝数量随温度变化曲线Fig.9Changeofthermallyinducedfracturenumberofhydrothermalfluidbackfillversustemperature透率随温度变化存在阈值温度是可以用逾渗理论解释的，即花岗岩内部因热破裂导致裂隙的产生、扩展和贯通，并最终形成可发生渗流的通道，由此宏观表现为花岗岩渗透率的突变[12]，这也是储层热刺激增加渗透率的机制所在[28]
【参考文献】：
期刊论文
[1]准噶尔盆地玛北地区三叠系百口泉组储层成岩相特征[J]. 张顺存,黄立良,冯右伦,邹阳,鲁新川,郭晖. 沉积学报. 2018(02)
[2]基于渗透率分级的气藏水平井压裂方式[J]. 尚校森,丁云宏,王永辉,杨立峰,易新斌. 大庆石油地质与开发. 2016(02)
[3]长石溶蚀作用对储层物性的影响——以渤海湾盆地东营凹陷为例[J]. 于川淇,宋晓蛟,李景景,蒋双泽,张连梁. 石油与天然气地质. 2013(06)
[4]储层岩石微观孔隙结构研究方法与理论综述[J]. 郝乐伟,王琪,唐俊. 岩性油气藏. 2013(05)
[5]岩石热破裂与渗透性相关规律的试验研究[J]. 赵阳升,万志军,张渊,张宁,冯子军,董付科,武晋文,曲方. 岩石力学与工程学报. 2010(10)
[6]三维应力下热破裂对花岗岩渗流规律影响的试验研究[J]. 张宁,赵阳升,万志军,董付科,冯子军. 岩石力学与工程学报. 2010(01)
[7]砂岩的热破裂过程[J]. 张渊,张贤,赵阳升. 地球物理学报. 2005(03)
[8]岩石热开裂的实验研究[J]. 陈颙,吴晓东,张福勤. 科学通报. 1999(08)
本文编号：3430963
【文章来源】：岩石力学与工程学报. 2020,39(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
高温高压岩体三轴试验机Fig.3Hightemperatureandhighpressurerockmasstriaxialtestingmachine
石44斜长石53角闪石21云母9云母10辉石2其他2其他2表24类花岗岩样品基本物理力学参数Table2Physicalandmechanicalparametersoffourkindsofgranitesamples样品类型波速/(m·s－1)密度/(kg·m－3)弹性模量/GPaI5309275311.4II504321919.3III495525919.8IV3927267310.4图3高温高压岩体三轴试验机Fig.3Hightemperatureandhighpressurerockmasstriaxialtestingmachine达到热平衡。采用稳态流动法测量4类花岗岩试样渗透率，图4为渗透率测量流程图。选取高纯度氮气作为孔隙流体，阀门可控制高压氮气的压力及流量，使得氮气在试样内部流动满足层流要求。氮气流经试样后通过一根长约3m且与大气直接相连的橡胶管从排气孔引出，随后采用量筒排水法收集并测量排出的氮气量，用以计算渗透率。收集到的氮气经过在橡胶管中自然冷却以及在室温水中利用排图4渗透率测量流程图Fig.4Schematicillustrationofpermeabilitymeasurement水法收集以后，其温度近似等于室温。因此，温度和压力对收集到的氮气膨胀性的影响是可以忽略不计的，测得的氮气体积可以反映在大气压和室温条件下的氮气体积。采用一维状态下达西公式进行渗透率计算：atm22iatmQ2LPkAPP(1)式中：k为渗透率(Darcy，简写为D)，Q为大气压Patm下测得的气体体积流量(cm3/s)，为氮气动力黏度(20℃时为1.96×10－11MPa·s)，L为试件长度(cm)，A为截面面积(cm2)，Pi为进气口气体压力(MPa)。3试验结果研究发现，200℃以内花
?4。表44类花岗岩渗透率随温度变化的阈值温度Table4Thresholdtemperatureofpermeabilitychangewithtemperatureforfourtypesofgranite试件类型阈值温度/℃I300II200III300IV2504讨论4.1花岗岩母岩及热液充填体渗透率变化与热破裂相关性分析为研究深层花岗岩渗透率变化与热破裂的关系，本文利用MPV-SP显微光度计对花岗岩母岩及热液充填体显微切片进行了500℃以内破裂特征的细观观测并拍照，放大倍数为：目镜10倍，物镜10倍。花岗岩母岩及热液充填体显微观测薄片见图7，不同类型显微观测薄片数量不少于3片。观测方法及步骤参考Z.J.Feng等[13，30]。不同温度下花岗岩母岩与热液充填体热致裂缝数量变化情况见图8，9。(a)花岗岩母岩(b)热液充填体图7显微观测薄片Fig.7Thinsectionsformicro-observation深层花岗岩母岩是由多种矿物结晶形成的非均质岩体。对于非均质岩体而言，只要温度发生变化，晶体颗粒间、晶体颗粒与胶结物间便会因热膨胀率及热弹性性质的不同产生热应力。当热应力超过其结合力时，便会发生热破裂并产生裂缝。花岗岩渗图8花岗岩母岩热致裂缝数量随温度变化曲线Fig.8Changeofthermallyinducedfracturenumberofgraniteparentrockversustemperature图9热液充填体热致裂缝数量随温度变化曲线Fig.9Changeofthermallyinducedfracturenumberofhydrothermalfluidbackfillversustemperature透率随温度变化存在阈值温度是可以用逾渗理论解释的，即花岗岩内部因热破裂导致裂隙的产生、扩展和贯通，并最终形成可发生渗流的通道，由此宏观表现为花岗岩渗透率的突变[12]，这也是储层热刺激增加渗透率的机制所在[28]
【参考文献】：
期刊论文
[1]准噶尔盆地玛北地区三叠系百口泉组储层成岩相特征[J]. 张顺存,黄立良,冯右伦,邹阳,鲁新川,郭晖. 沉积学报. 2018(02)
[2]基于渗透率分级的气藏水平井压裂方式[J]. 尚校森,丁云宏,王永辉,杨立峰,易新斌. 大庆石油地质与开发. 2016(02)
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[5]岩石热破裂与渗透性相关规律的试验研究[J]. 赵阳升,万志军,张渊,张宁,冯子军,董付科,武晋文,曲方. 岩石力学与工程学报. 2010(10)
[6]三维应力下热破裂对花岗岩渗流规律影响的试验研究[J]. 张宁,赵阳升,万志军,董付科,冯子军. 岩石力学与工程学报. 2010(01)
[7]砂岩的热破裂过程[J]. 张渊,张贤,赵阳升. 地球物理学报. 2005(03)
[8]岩石热开裂的实验研究[J]. 陈颙,吴晓东,张福勤. 科学通报. 1999(08)
本文编号：3430963
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