岩石热增渗机理初探.pdfVIP

第 25 卷 第 5 期 　 　　　　　　　　石 　油 　钻 　采 　工 　艺 　　　　　　　　　　Vol . 25 No . 5 　2003 年 10 月 　　　　　　　OIL DRILL IN G PRODUCTION TECHNOLOGY 　　　　　 　Oct . 　2003 岩石热增渗机理初探 刘均荣 吴晓东 (石油大学石油工程学院 , 山东东营 　257061) 　(石油大学石油天然气工程学院 ,北京 　102249) 摘要 　在大气压力下 ,对取自储层的大量岩心在 100～800 ℃范围内进行加热处理 ,测量其渗透率和孔隙度随 温度的变化关系 。实验结果表明 ,热处理过程中岩石渗透率和孔隙度等物理性质存在一个突变温度域 ;经过高温 处理后的岩石 ,其渗透率和孔隙度随温度升高而增加 ;温度达到 800 ℃时渗透率可增大 2 个数量级 ,孔隙度可提高 数倍 。根据这些实验结果 ,从岩石孔隙结构特点、岩石矿物脱水破坏 、热应力集中、化学键断裂 、应力松弛等理论出 发 ,对岩石热增渗机理进行了初步的探讨和分析 。 关键词 　岩石 　热开裂 　增渗 　机理分析 　　在地热能开发 、核废料存储过程中 ,地层岩石将 因素有关 。结合经典岩石孔隙模型、热应力集中、应 经历各种升温和冷却过程 ,直接影响岩石的物理 、化 力松弛等理论对岩石热增渗机理进行了初步分析和 学和力学性质 ,甚至会改变岩石的渗流特性 。国外 探讨 。 学者对选作存储核废料场所的花岗岩进行了大量试 1 　室内实验 验研究[ 1～4 ] ,结果表明 ,在高温作用下 , 因岩石的非 均质性及岩石晶体颗粒热膨胀系数不同 ,在岩石颗 实验用样品基础数据见表 1 。 粒之间将出现热应力集中而使岩石内部产生大量微 表 1 　实验岩心基本情况 裂纹 ,并且裂纹孔隙度随温度升高呈增加趋势 。 种类 产地 渗透率/ 10 - 3μ2 孔隙度/ % m 众多研究表明 ,温度对岩石特性的影响主要有 粉砂岩 桩 23 井 0 . 02 6～7 2 个方面 :一是温度对岩石力学特性的影响;二是由 灰岩 草古 1 - 1 井 0 . 01 2～3 于温度变化将引起热应力的变化 。在高温作用下 , 砾岩 永 921 井 0. 1 5～6 某些资料表明[5 ] , 1 ℃的温度变化在岩石 内可产生 0 . 4～0 . 5MPa 的热应力变化 。当这些变化积累到一 　　表 2 是其中3 种共 9 块岩样的实验数据 。由实 定程度超过岩石 自身的某些界限时 ,将引起岩石内 验结果发现 ,热处理过程中岩石的渗透率和孔隙度 ( 均有不同程度的变化 ,渗透率增加幅度最大可达 2 部结构发生变化 ,从而引起岩石相关物性参数 如渗 ) 个数量级 ,孔隙度增加幅度最大近 10 倍 。图 1 、图2 透率 、孔隙度 、声速 的变化 。 在室内对大量粉砂岩 、灰岩 、砾岩等岩石进行了 是对应的渗透率和孔隙度随温度变化的曲线 。可以 ( 看出 ,岩样的渗透率和孔隙度随温度升高呈增加趋 常压下的热处理实验研究 实验热处理最高温度为