【摘 要】
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随着化石能源的大量消耗,对新能源的研究成为目前世界各国研究的重点。而高温地热资源因其储量大,清洁高效等优点逐渐进入人类的视野。在高温地热资源提取过程中,人工热储层的改造对地热开采效率有重大影响。在开采中,由于热量的提取,岩体的温度降低不可避免,通过现场的工程实际可以发现,随着工程的推进,储层的渗透性增加,这表明热量的提取过程中,岩石裂隙的通道扩张,从而导致岩体裂隙的渗透性发生变化。而岩体裂隙的渗透
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随着化石能源的大量消耗,对新能源的研究成为目前世界各国研究的重点。而高温地热资源因其储量大,清洁高效等优点逐渐进入人类的视野。在高温地热资源提取过程中,人工热储层的改造对地热开采效率有重大影响。在开采中,由于热量的提取,岩体的温度降低不可避免,通过现场的工程实际可以发现,随着工程的推进,储层的渗透性增加,这表明热量的提取过程中,岩石裂隙的通道扩张,从而导致岩体裂隙的渗透性发生变化。而岩体裂隙的渗透性和开采的效率相关,故研究温度变化下岩体裂隙渗透性的变化规律对高温地热资源的开发有重要意义。本文以花岗岩为研究对象,利用太原理工大学自主研制的多功能高温三轴伺服控制试验机,对预制裂隙的花岗岩进行高温下的渗流试验,研究升降温度过程中花岗岩单裂隙的变化规律及其渗透性。通过对花岗岩进行50℃～350℃的升温实验及350℃～50℃的降温实验,花岗岩裂隙两端的渗透压为0.4 MPa～1.2 MPa的条件下,研究了不同温度、渗透压作用下,单一裂隙花岗岩裂隙开度的变化规律及其渗透系数的变化规律,具体结论如下:（1）裂隙花岗岩在50℃～350℃升温实验过程中,当轴压围压为10 MPa时,花岗岩裂隙开度和渗透系数随着温度的升高呈先减小后增大的趋势。当轴压围压为15 MPa和20 MPa时,裂隙开度随着温度的升高先缓慢增加再快速增加。在花岗岩升温的过程中,300℃是其裂隙开度变化的一个临界温度,在温度低于300℃时,裂隙开度增加缓慢,在温度高于300℃时,裂隙开度发生突变,迅速增加。在轴压围压为15 MPa和20MPa时,花岗岩的渗透系数随温度的升高呈先减小后增大的趋势,300℃也是其变化的一个临界值。（2）在350℃～50℃降温过程中,轴压围压为10 MPa下,裂隙开度和渗透系数温度从350℃降至300℃的过程中大幅降低,温度从300℃降至50℃时则逐渐增大。轴压围压为15 MPa和20 MPa下,裂隙开度随温度降低总体上有减小趋势,而渗透系数则随温度的降低而略有增大。（3）在各级轴压围压下,升温和降温过程中花岗岩裂隙开度和渗透系数均随着渗透压的增大而增大,且裂隙的渗透系数与渗透压呈线性关系。（4）借助三维形貌扫描仪,对高温渗流实验后花岗岩裂隙表面进行扫描,使用SURFER软件对数据进行处理,分析了裂隙面的粗糙度演化特征,结果表明:在高温高压及渗流作用下,花岗岩裂隙面微凸体的数量减少,花岗岩裂隙面的起伏度降低,花岗岩裂隙面整体的粗糙度下降。论文的研究成果可为高温岩体地热开发过程中裂隙网络的演化规律及人工热储层的改造提供理论基础,有重要的理论意义和应用价值。
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