水岩作用对EGS地热储层孔渗特征的影响研究

【摘要】：新世纪以来各行各业的发展消耗了大量的能源,一方面煤炭、石油、天然气等当前主要使用的化石能源具有短期不可再生性,另一方面化石能源的大量燃烧会引起全球大气污染和温室效应的加重,这使得对清洁可再生能源的开发研究越来越受到重视。地热能是当前位居水能和生物质能之后的世界第三大可再生能源。地热能的使用基本不会带来环境污染,而且分布较为普遍,在最近几十年来越来越受到能源开发研究者的关注。增强型地热系统(Enhanced Geothermal System,EGS)是一种开发利用深层地热能的工程。2012年国家863计划启动了“干热岩热能开发与综合利用关键技术研究”项目,该项目包含的“干热岩靶区工程测试及人工压裂工艺技术研究”。该课题将松辽盆地徐家围子地区作为勘探靶区,论文依托此课题中的水岩作用研究,以松辽盆地作为研究区,以营城组地热储层为主要研究对象,采用室内实验和数值模拟的方法进行研究。选用营城组流纹岩作为主要材料进行反应釜实验,此外还设置了一组花岗岩水岩作用反应釜实验进行对比研究,观测水岩作用实验过程中溶液主要离子组分的浓度变化以及岩石薄片的电镜形态变化,分析研究水岩作用过程中矿物的溶解/沉淀现象及机理。实验的主要结论如下:1)在流纹岩水岩作用实验中,初期各种矿物均发生溶解,随着实验温度的降低,石英发生沉淀、方解石溶解,长石发生选择性溶解,其中钠长石溶解、钾长石沉淀。实验过程中K+浓度变化较小,Na+、Ca2+、Si的浓度出现较为明显的变化。2)在花岗岩的水岩作用实验中,实验初期发生了石英和长石的溶解,但方解石有所沉淀;随着反应的进行,实验温度降低后,这些矿物的溶解/沉淀现象和流纹岩实验中相似,但从离子浓度变化上可以看出,本组实验中矿物溶解/沉淀量较小,此外还在岩石薄片的电镜扫描观察中发现了少量的高岭石沉淀。由于实际的EGS热储层中载热流体具有循环流动性,使得注入井和生产井附近的矿物溶解/沉淀现象有所不同,导致热储层的物性特征(如孔隙度、渗透率)也有不同的变化,因此通过TOUGHREACT模拟EGS过程中水岩作用来探索矿物的溶解/沉淀情况以及热储层的物性特征变化。本文一共进行了3次模拟:20℃注入水时的流纹岩水岩作用模拟、65℃注入水时的流纹岩水岩作用模拟以及20℃时的花岗岩水岩作用模拟,从数值模拟的结果中可以得出以下结论:1)在热储层为流纹岩的EGS水岩作用模拟中,当注入水温为20℃时,石英在大部分区域都发生沉淀;方解石和钠长石在注入井附近溶解,在靠近生产井方向逐渐沉淀;钾长石在注入井附近沉淀,在生产井附近溶解,这些矿物的溶解沉淀导致了孔隙度和渗透率在注入井附近有所增加,在靠近生产井的方向有所减小。当注入水温为65℃时,孔隙度和渗透率比20℃注入水时有一定程度的增大。2)在热储层为花岗岩层的EGS水岩作用模拟中,矿物的变化趋势和流纹岩储层的结果较为相似,但是石英、方解石以及钾长石矿物的体积分数变化量要相对较小。绿泥石的溶解/沉淀非常微弱,其体积分数变化量极小,对孔隙度的变化影响不大。孔隙度和渗透率的变化量比流纹岩模拟结果小。3)从数值模拟结果中可见,各矿物体积分数变化量从大到小依次为:方解石、钾长石、石英、钠长石、绿泥石。随着模拟时间的增加,矿物的体积分数变化量逐渐增大,当模拟到较长时间后孔隙度和渗透率表现出了明显的变化,根据模拟结果分析认为水岩作用中孔隙度和渗透率的变化受方解石溶解沉淀的影响最为显著。 【关键词】：水岩作用 增强型地热系统 反应釜实验 数值模拟 孔隙度 渗透率
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P314
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-20
• 1.1 研究目的及意义11-13
• 1.2 国内外研究现状13-17
• 1.2.1 EGS研究现状13-15
• 1.2.2 水岩作用的发展15-16
• 1.2.3 EGS条件下水岩作用的研究现状16-17
• 1.3 主要研究内容17-18
• 1.4 研究方法及技术路线18-20
• 1.4.1 研究方法18
• 1.4.2 技术路线18-20
• 第2章 研究区概况20-34
• 2.1 自然地理概况20-21
• 2.2 地质概况21-27
• 2.2.1 构造特征及演化21-23
• 2.2.2 地层23-27
• 2.3 水文地质特征27-31
• 2.3.1 水文地质旋回27-28
• 2.3.2 地下水动力场的形成演化28-30
• 2.3.3 地下水化学特征30-31
• 2.4 地热场特征31-34
• 第3章 研究区EGS热储层基本特征34-38
• 3.1 地层温度及压力34
• 3.2 孔隙度和渗透率34-35
• 3.3 岩性及矿物组分35-37
• 3.4 咸水水化学特征37-38
• 第4章 水岩作用实验及分析38-46
• 4.1 实验样品及设备38-39
• 4.1.1 实验材料38
• 4.1.2 实验设备38-39
• 4.2 实验方案及过程39-41
• 4.2.1 流纹岩水岩作用实验设计40
• 4.2.2 花岗岩水岩作用实验设计40-41
• 4.3 实验结果与讨论41-46
• 4.3.1 流纹岩水岩作用结果及讨论41-43
• 4.3.2 花岗岩水岩作用结果及讨论43-46
• 第5章 水岩作用数值模拟46-68
• 5.1 模拟程序介绍46-48
• 5.2 概念模型48-50
• 5.3 注入水温 20℃下的流纹岩EGS水岩作用模拟50-56
• 5.3.1 储层物性参数50-51
• 5.3.2 地球化学参数51
• 5.3.3 模拟结果与讨论51-56
• 5.4 注入水温 65℃下的流纹岩EGS水岩作用模拟56-61
• 5.5 花岗岩EGS水岩作用模拟61-68
• 5.5.1 储层物性参数61-62
• 5.5.2 地球化学参数62
• 5.5.3 模拟结果与讨论62-68
• 第6章 结论与建议68-70
• 6.1 结论68-69
• 6.2 建议69-70
• 参考文献70-77
• 作者简介及在学期间所取得的科研成果77-78
• 致谢78

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