土酸注入速率對(duì)EGS熱儲(chǔ)層改造效果影響的實(shí)驗(yàn)研究

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1、第33卷第11期可再生能源Vol.33No.112015年11月RenewableEnergyResourcesNov.2015土酸注入速率對(duì)EGS熱儲(chǔ)層改造效果影響的實(shí)驗(yàn)研究吳永東，鮑新華，趙立新，詹遠(yuǎn)，馬智法（吉林大學(xué)地下水資源與環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林長春130021）摘要：增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)（EnhancedGeothermalSystem，EGS）是一種通過人工形成地?zé)醿?chǔ)層的方法從低滲透性巖體中經(jīng)濟(jì)地開采相當(dāng)規(guī)模深層熱能的工程，對(duì)滲透率的改造體現(xiàn)了EGS熱儲(chǔ)層改造效果。文章進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室條件下的巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)，選用4組不同土酸注入速率進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)注酸前后巖

2、心裂隙滲透率的變化，分析研究土酸的注入速率對(duì)巖心裂隙滲透率的影響。研究結(jié)果表明，采用“高流量”的注入方式更有利于凝灰?guī)r裂隙通道的改造。關(guān)鍵詞：增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)；土酸；凝灰?guī)r；巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)；化學(xué)刺激；裂隙滲透率中圖分類號(hào)：TK529文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1671-5292（2015）11-1674-05DOI:10.13941/j.cnki.21-1469/tk.2015.11.0130引言圍子一北安斷陷帶上，2012年啟動(dòng)的國家高新技增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)（EnhancedGeothermalSys-術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目的子課題中將徐家圍子作為tem，EGS）是采用人工形

3、成地?zé)醿?chǔ)層的方法，從地干熱巖靶區(qū)之一，區(qū)內(nèi)營城組（埋深3784~下3～10km低滲透性巖體中經(jīng)濟(jì)地開采相當(dāng)數(shù)5020m）平均溫度約160℃，滿足干熱巖開采要[1]量深層熱能的人工地?zé)嵯到y(tǒng)。干熱巖的開發(fā)是求。本文選用營城組地層主要組分凝灰?guī)r為巖石通過高壓將冷水注入深部巖層，水在熱儲(chǔ)層裂隙樣品，在對(duì)其進(jìn)行人工壓裂后，以不同流速實(shí)驗(yàn)對(duì)中吸收熱量后溫度升高，再通過生產(chǎn)井將水或蒸比研究土酸不同注入速率對(duì)凝灰?guī)r裂隙通道滲透汽提取到地面。在實(shí)際EGS工程開發(fā)中，通常注率的影響。入井和生產(chǎn)井之間裂隙網(wǎng)絡(luò)水力聯(lián)系很弱，難以1巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)[1]~[3]保證EGS的產(chǎn)能要求。儲(chǔ)層滲透

4、率越大，熱提1.1實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料取效率越高，因此可以通過人工改造裂隙網(wǎng)絡(luò)的巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)是測(cè)評(píng)酸巖反應(yīng)效果的常用方[4]方法增加儲(chǔ)層滲透率以達(dá)到提高產(chǎn)能的目的。化法，本次巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)的主要儀器為巖心流動(dòng)學(xué)刺激是目前常用的一種儲(chǔ)層改造技術(shù)，以地層儀，巖心流動(dòng)儀主要由恒壓恒流泵、鼓風(fēng)烘箱、中破裂壓力的注入壓力向井附近熱儲(chǔ)層裂隙注入化間容器、巖心夾持器，手搖泵、冷凝器組成（圖1）。學(xué)刺激液，依靠其化學(xué)溶蝕作用使礦物溶解來增該儀器有恒壓和恒流兩種注水模式，其中恒壓注[1]~[3]加地層的滲透性。土酸是石油天然氣領(lǐng)域中一水時(shí)壓力可達(dá)40MPa；恒流注水時(shí)流速可達(dá)40種較為成

5、熟的化學(xué)刺激劑，常應(yīng)用于砂巖酸化，雖mL/min，中間容器最大容積1L，巖心直徑為25然在EGS中化學(xué)刺激對(duì)象有所不同，但是仍值得mm，圍壓最大40MPa，工作溫度可達(dá)到150℃。借鑒土酸酸化技術(shù)研究土酸在EGS工程中的化取松遼盆地EGS靶區(qū)徐家圍子地區(qū)營城組學(xué)刺激效果。三段凝灰?guī)r露頭巖樣為實(shí)驗(yàn)材料，經(jīng)XRD測(cè)定其據(jù)2001年中國大陸地區(qū)大地?zé)崃鲾?shù)據(jù)匯礦物成分主要為石英、鈉長石和鉀長石，其中石英[8]2編，松遼盆地大地?zé)崃髦禐?0~90mW/m，屬于占60%、鈉長石占20%、鉀長石占20%。對(duì)所取巖全國高熱流區(qū)。徐家圍子位于松遼盆地北部徐家樣進(jìn)行巖心制備，用巖心

6、鉆取機(jī)制備長度3.7～4.2收稿日期：2015-01-14。基金項(xiàng)目：國家高新技術(shù)發(fā)展“863”計(jì)劃項(xiàng)目（2012AA052801）；吉林大學(xué)研究生創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目（2015083，2015107）。作者簡(jiǎn)介：吳永東（1991-），男，碩士研究生，研究方向?yàn)榈叵滤鲾?shù)值模擬。E-mail：1161200337@qq.com通訊作者：鮑新華（1963-），男，博士，副教授，從事地?zé)峒八Y源評(píng)價(jià)相關(guān)工作。E-mail：bxinhua@163.com·1674·吳永東，等土酸注入速率對(duì)EGS熱儲(chǔ)層改造效果影響的實(shí)驗(yàn)研究[5]cm的圓柱形凝灰?guī)r巖心，然后用巴西劈裂法制的

7、流速注水測(cè)試巖心初始滲透率，保證實(shí)驗(yàn)過程作人工裂隙（圖2）。中圍壓高于注入壓力2～3MPa，待注入壓力基本穩(wěn)安全閥定后停止注水。之后，向夾持器中以相同速率注入鼓風(fēng)烘箱中配制的土酸，在同樣的溫度下持續(xù)注酸2h，整個(gè)進(jìn)口出口間手搖泵壓力壓力容實(shí)驗(yàn)過程中觀測(cè)巖心滲透率變化。停止注酸后開器夾持器環(huán)壓表始注入后置液（H2O+1%粘土穩(wěn)定劑）測(cè)試化學(xué)刺激后巖心滲透率，待進(jìn)出口壓力穩(wěn)定后結(jié)束實(shí)驗(yàn)。2數(shù)據(jù)處理冷凝巖心流動(dòng)實(shí)驗(yàn)過程中觀測(cè)記錄到的滲透率器k′是將整個(gè)巖心橫截面視為過水?dāng)嗝娴牡刃B透稱量瓶水[8]恒速恒壓泵率，根據(jù)達(dá)西公式計(jì)算得出：圖1巖心流動(dòng)儀結(jié)構(gòu)示意圖QηL-1k

8、′=×10（1）Fig.