摘要
近年来,在砂岩型地热资源开采的过程中,一直面临地热尾水回灌难、回灌率低的问题,导致大部分地热尾水直接排放,引起热储压力下降,热量降低,地热尾水污染地表水、农田等现象。研究热储层的稳定性、渗流特性以及地热尾水对热储层的影响对砂岩型地热的可持续开发具有重要的意义。论文以砂岩型地热尾水回灌为背景,在太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室中对砂岩的力学渗流特性进行了一些研究工作。分析了不同流体孔隙压力作用下砂岩变形破坏规律,悬浮物及回扬对砂岩孔隙及砂岩裂隙渗流特性变化规律的影响。并得出了以下结论:(1)孔隙压对砂岩的抗压强度、峰值轴向应变以及弹性模量有弱化作用,这种弱化作用受围压影响较大,围压越大,削弱能力越小。在抗压强度及弹性模量方面,孔隙水压的弱化程度强于孔隙气压。在5 MPa孔隙气压和孔隙水压条件下砂岩粘聚力分别降低35.04%和48.34%,内摩擦角略微增大。(2)随着温度及静水压的增大,砂岩的渗透率均呈现逐渐减小的变化特征,渗透率和温度符合一元二次方程关系,随渗透压的增大,渗透率先减小后增大,转折点为渗透压15 MPa。(3)悬浮物对砂岩的流速及渗透率有抑制作用,从堵塞率上发现基本在50%以下,经过回扬试验后恢复率在50%以上,对于砂岩热储层,回扬是一种提高回灌率的有效措施。回灌压力的增大及回灌流体温度的升高对回灌能力有提升作用,随着砂岩储层埋深增大,回灌难度增大。(4)砂岩裂隙渗透率要远远大于砂岩孔隙渗透率,砂岩中的裂隙成为了流体的主要通道。温度的升高及静水压力的增大对砂岩裂隙的张开度及渗透率都有抑制作用,渗透压对裂隙开度及渗透率的影响较小。悬浮物对砂岩裂隙的堵塞程度较大,回扬后恢复率较低。(5)悬浮物对砂岩裂隙渗透率降低的幅度要远远大于完整砂岩,回扬对渗透率提升的幅度也小于完整砂岩。裂隙对提升砂岩储层的渗透性有极大的促进作用,但是悬浮物更容易对其造成堵塞,且回扬对其渗透性的恢复效果较差。