干热岩长期生产过程中天然裂缝损伤对导流能力演变影响研究

来源：石油科学通报杂志2024年第3期北京时间：

作者：许富强；宋先知；石宇；李爽

单位：中国石油大学(北京)石油工程学院,北京 102249%中国石油大学(北京)石油工程学院,北京 102249;中国石油大学(北京)油气资源与工程全国重点实验室,北京 102249%西南交通大学地球科学与工程学院,成都 611756

摘要：干热岩型地热是我国地热资源的重要组成部分,其开发利用对实现"双碳"目标具有重要意义.干热岩储层岩体以花岗岩为主,因其岩性致密,通常采用增强型地热系统(EGS)进行开发.作为循环工质流动换热的主要通道,人工裂缝和天然裂缝形变将造成导流能力演变,进而影响热储取热性能.现有导流能力研究对象多为人工裂缝,且多围绕基质弹性变形开展,并未考虑天然裂缝损伤影响.为揭示天然裂缝损伤作用效果,团队自主研发设计了高温高压岩心注采多场耦合实验平台,分析论证了实验系统的可靠性,设计了对应实验方案与实验流程.采用天然裂缝贯穿岩样,研究了常温下注采压差随排量和围压的变化规律,分析了高温下天然裂缝损伤特征,对比了不同排量,温差和注入方式下天然裂缝损伤对导流能力演变的影响.实验表明,冷流体注入导致天然裂缝体积较初始时刻显著增加,且破坏方式以弱胶结失效为主,在无围压条件下,损伤将引起裂缝隙宽和缝长增大,提升裂缝连通性,有助于改变裂缝导流能力,故压裂和取热方案设计中应对天然裂缝加以考虑;注采压差随围压和排量增大而增加,最大增幅可达 0.6 MPa;高温生产下,注采压差改变量和导流能力演化率变化量最大值分别可达1.11 MPa和 26.59%.较大排量和温差下,裂缝损伤特征更为明显.相较于连续注入,间歇注入方式下裂缝损伤程度更为显著.利用灰色关联分析得到了主控因素为温差,即热应力是造成裂缝附加导流能力演变的主要原因.本研究证明了天然裂缝损伤在干热岩长期生产过程中分析的必要性,为工程现场施工提供了一定指导.

关键词：干热岩,长期开采,导流能力演变,天然裂缝,岩石损伤