摘要
清洁、可再生的地热资源以其储量大、分布广、无污染的优势引领世界的地热能开发潮流。然而已探明的地热能主要赋存在地球深部的干热岩中,无法直接开采利用。为此人们提出增强型地热能开发模型,以水为采热媒介,利用干热岩内部孔裂隙作为渗流通道,将干热岩中的热量提取出来。因此,针对干热岩储层的渗透性开展研究,对人工热储层的建造和促进干热岩地热资源的开发利用具有十分重要的意义。本文以青海共和花岗岩示范项目为工程背景,选取青海共和盆地干热岩为研究对象,通过力学试验对不同热冲击后花岗岩在物理性质、渗透性变化规律进行分析研究,研究热冲击作用下花岗岩渗透特性演变规律。与此同时,运用COMSOL Multiphysic s5.4有限元模拟软件构建了热-流-固耦合数值模型,对流体运移下花岗岩模型渗流场、温度场、应力场变化规律进行分析,研究储层高度、流体温度和速度对储层损伤影响,比较储层损伤破坏区域面积和分布特点。得出以下主要结论:(1)600℃内的花岗岩试件在空气中自然冷却后其渗透率随岩石温度的升高而增加,并且在500-600℃发生突变,高温后花岗岩随外部应力的变化规律可以用同一个指数型函数表示,温度对岩石的影响因素定义为温度敏感系数,并且得到岩石温度与温度敏感系数之间的指数关系。(2)600℃内的花岗岩试件在20℃、60℃、100℃水中热冲击作用下渗透率发生不同程度的增加,且试件在20℃水、100℃中比60℃水热冲击下渗透率增加幅度更显著。由此可见,花岗岩试件在20℃水、100℃比在60℃水中受热冲击作用更显著。(3)热冲击过程中岩石表面的温度先急剧降低后缓慢减小至冷却介质温度。利用COM SOL5.4建立热冲击模型,模拟发现花岗岩在100℃水中热冲击冷却中急速降温阶段的温度梯度、热应力最大,受到的热冲击破坏最强,利用模拟得到的热冲击因子与热冲击作用下花岗岩的渗透率可以得到较好的拟合关系。(4)注水采热后,岩体内部的温度场、应力场随渗流场发生变化,流体与岩体换热导致岩体温度场变化,并在岩体内部形成温度梯度造成热冲击破坏。水头、流体温度、储层高度均会导致岩体受热冲击破坏程度不同。