美国干热岩"地热能前沿瞭望台研究计划"与中美典型EGS场地勘查现状对比

美国能源部正在实施干热岩“地热能前沿瞭望台研究计划”(FORGE计划)。它是以经典干热岩定义的干热岩勘查开发为约束,通过增强型地热系统(EGS)示范工程建设实践,形成新一代EGS试验平台。美国本着“可复制的结果=巨大的潜力”的理念,实现干热岩勘查开发技术新突破,以满足美国1亿家庭绿色电力供应为实际应用目标。中美典型EGS场地勘查现状对比结果表明：犹他州米尔福德与青海省共和县恰卜恰两个典型EGS场地具可比性,大致处于“并跑”的水平;在天然裂隙系统、原位地应力场、压裂参数获取与压裂方案制定等方面,米尔福德EGS场地有所超前。据此建议有关部门加快青海省共和县恰卜恰EGS场地进入勘查开发阶段,以提高我国干热岩勘查开发技术水平,早日实现EGS工程化。     

CO2基增强型地热系统中流体-花岗岩相互作用研究进展及展望

CO2与水相比,膨胀性大、黏度低、与岩石反应程度低,并且在作为增强型地热系统(EGS)渗流传热流体时,比水具有更高的换热效率.对CO2-EGS生产过程中储层岩石物性变化的研究具有重要意义,从理论研究、实验研究、数值模拟3个方面,对CO2基增强型地热系统CO2-EGS中流体-岩石相互作用的研究现状进行了总结,并且从矿物成...     

实时高温下加载速率对花岗岩力学特性影响的试验研究

为综合考虑温度、加载速率两个因素对花岗岩力学性质及破坏方式的影响,在实时高温（25～1 000 ℃）作用下利用MTS810电液伺服材料试验系统对岩样进行不同加载速率作用下的单轴压缩试验。研究结果表明：（1）各个温度点,岩样单轴压缩应力-应变曲线大致经历了压密、弹性、屈服、破坏4个阶段。岩样峰后曲线在加载速率为0.001～0.01 mm/s出现台阶型分段跌落状,在加载速率为0.01～0.1 mm/s呈现光滑、陡峭的连续曲线。（2）岩样峰值强度、弹性模量随温度的升高可分为4个阶段：25～200 ℃区间为缓慢上升段;200～600 ℃区间为快速下降段;600～800 ℃区间为缓慢上升段;800～ 1 000 ℃区间为平缓下降段。1 000 ℃时的峰值强度和弹性模量相对于25 ℃时分别降低了53.47%和64.34 %。峰值应变与温度呈现三次多项式拟合关系。（3）岩样峰值强度、弹性模量与加载速率对数均呈现二次多项式增长关系,加载速率为0.1 mm/s时的峰值强度和弹性模量相对于0.001 mm/s时分别提高了38.82%和37.22%。岩样峰值应变与加载速率没有明显的对应关系。（4）单轴压缩状态下,随着温度的升高,花岗岩变形破坏形式由拉剪破裂向锥形破裂并伴随向碎性流动过渡,失稳型式由突发失稳向渐进破坏过渡。同一温度状态下,加载速率对岩样的破裂形式没有明显影响,但失稳型式发生了变化。     

超临界CO2作用下页岩力学特性损伤的试验研究

随着社会对清洁能源的需求不断扩大,超临界CO2强化页岩气开发技术受到广泛关注。为研究超临界CO2对页岩力学特性的影响,将四川盆地志留系龙马溪组页岩作为研究对象,对其进行不同浸泡时间条件下的超临界CO2浸泡试验,并通过劈裂试验和三轴压缩试验,获得浸泡前后页岩强度与变形的变化规律,进而结合SEM、XRD等系列页岩微观测试,初步探讨超临界CO2与页岩的相互作用机制。研究结果表明：超临界CO2浸泡后页岩的抗拉强度、三轴抗压强度、弹性模量均出现不同程度的下降,而随浸泡时间的加长,页岩强度的损失量增大。初步分析表明：在超临界CO2作用下,一方面改变了页岩的颗粒骨架和孔隙结构,另一方面改变了页岩的矿物成分组成,降低页岩岩石颗粒间的胶结程度,从而劣化页岩的力学性质。     

福建省沿海地区花岗岩物理力学性质基本特征的分析

福建沿海地区出露了大面积的燕山期花岗岩，在长期的风化作用下，形成了花岗岩风化壳，它们是该区建筑物的主要持力层。探讨该区花岗岩及其风化岩石的物理力学性质的特征。对于工程建设具有现实意义。本文在总结分析试验资料的基础上，给出了该区花岗岩物理力学指标的统计值、变化范围及相关方程。在此基础上，讨论了风化因素对花岗岩力学强度的影响。     

高温后花岗岩力学性质及微孔隙结构特征研究

采用MTS815液压伺服试验系统及9310型微孔结构分析仪对花岗岩在温度作用下（常温～1 300 ℃）的宏观力学性质及微孔隙结构特征进行了较为系统的研究。结果表明：①在800 ℃之前,岩样力学性质变化规律不明显;超过800 ℃,岩样强度迅速劣化;达到1 200 ℃,岩样基本失去了承载能力。②岩样孔隙率随温度升高而增大,孔隙率的阀值温度在800 ℃左右,与岩样在该温度点强度突然降低相一致。③岩样孔隙率较小,但连通性好,在阶段进汞曲线上显示为不同宽度微裂隙并存的特征,累计进汞曲线呈台阶状,温度超过800 ℃,超微孔逐渐向微孔隙转化,岩样连通性增强。④岩样孔隙分布分形维数随温度的升高反而降低。在高温作用下,岩样中的热损伤由初始非规则的裂隙结构逐渐向均匀化的孔穴结构转化,非均匀性弱化是导致岩样孔隙分布分形维数降低的根本原因。     

二氧化碳增强型地热系统的研究进展

增强型地热系统,作为一种新型的地热发电技术,可通过水力压裂的方式从干热岩中提取地热资源。而超临界CO2作为一种优良的传热流体,在用其替代水开采增强型地热系统中地热能的同时,还可以达到间接地质封存CO2的目的。在阐述CO2增强型地热系统的优缺点、模拟研究和经济潜力的基础上,总结了该研究领域的最新进展,并提出了进一步开展研究的相关建议,以期为CO2增强型地热系统的研究在中国的深入开展提供帮助。     

粤西滨海核电厂址强风化花岗岩物理力学特性试验研究

以广东阳江和台山两个典型花岗岩核电厂址为例,定性描述了广东粤西沿海花岗岩的分布及其风化特征,通过进行波速测试、浅层平板载荷试验、原位剪切试验等原位测试,以及常规压缩试验、固结试验等室内试验,系统分析了强风化花岗岩的主要物理与力学性质指标。结果表明：（1）花岗岩受强烈的物理风化和化学风化作用,基岩中的不稳定元素被淋溶、流失,形成了富铝型和富铁型的厚层风化壳,岩层不均匀性特点突出;（2）强风化花岗岩岩体天然含水率和孔隙比变化大,天然重度变化小,压缩性中等;（3）粒度成分对岩石物理性质的影响最大。粒度越大,物性指标越弱。粒度越小,表明岩样越致密,其物性指标越强;（4）波速的大小与岩体风化程度、粒度成分等密切相关;（5）水对强风化花岗岩抗剪强度参数中的凝聚力影响效应比内摩擦角要大,对凝聚力的弱化作用更加明显。其研究结果可为核电工程建设和优化设计提供基础参数。     

高温作用后花岗岩三轴压缩试验研究

为综合考察温度、围压对花岗岩力学性质及破坏方式的影响,在高温（25℃～1 000 ℃）作用后,利用MTS815.02电液伺服材料试验系统对花岗岩岩样进行不同围压作用下的三轴压缩试验。研究结果表明,（1）围压一定时,经历不同高温作用后花岗岩三轴压缩全应力-应变曲线经历了压密、弹性、屈服、破坏、塑性流动5个阶段;（2）经历不同高温作用后岩样三轴抗压强度与围压呈非线性二次多项式增长关系,围压为40 MPa时的抗压强度比单轴抗压强度提高了382.30%;常规三轴压缩条件下,400 ℃是花岗岩力学参数的阀值温度;（3）经历高温作用后,岩样弹性模量随围压升高呈增大趋势,围压为40 MPa时的弹性模量比单轴时提高了90.26%;随温度升高呈二次非线性减小,1 000 ℃时的弹性模量比25℃时降低了57.16%;（4）花岗岩的失稳型式同时取决于围压和温度。单轴压缩状态下,随着温度的升高,岩样变形破坏型式由脆性破裂向塑性变形过渡,失稳型式在低温时为突发失稳、中高温为准突发失稳,温度高于800 ℃为渐进破坏;三轴压缩状态下,随着围压的增大,岩样破裂型式由脆性张拉破裂逐渐向剪切破裂过渡,岩样的失稳型式以突发失稳为主。在试验温压范围内,影响花岗岩力学性质的首要因素是温度,其次是围压。     

自然冷却后与实时高温下花岗岩物理力学性质对比试验研究

岩石经过高温作用后其物理力学性质的变化,直接影响着干热岩资源的开发利用与地下储层的稳定性。以花岗岩为研究对象,对高温自然冷却后和实时高温下的岩样进行物理性质测试与单轴压缩试验,分析对比试样在不同状态下的物理力学性质变化情况。结果表明:(1)自然冷却后与实时高温下的花岗岩质量随温度升高而减小,体积随温度升高而增大,600 ℃时,质量损失率分别为0.24%、0.27%,体积增加率分别为4.21%、3.53%;(2)两种方式下试样的峰值强度、弹性模量整体上呈现减小趋势,600 ℃时,峰值强度分别降低约49.81%、37.19%,弹性模量分别降低约34.35%、26.13%,峰值应变分别增长约70.43%、39.62%;(3)低于400 ℃时,自然冷却后的试样各物理力学性质弱化情况低于实时高温下的试样,但高于400 ℃时,自然冷却后的试样物理力学性质弱化情况较实时高温下试样更严重,出现了高温拐点。研究结果为实际工程中高温岩石工程的岩石稳定性评价提供理论参考。     

高低温冻融循环条件下花岗岩力学性能试验研究

高低温冻融循环条件下岩石的力学特性是岩石力学与工程中的一个重要课题。通过试验研究了花岗岩在不同温度幅值的高低温冻融循环条件下,单轴抗压强度、弹性模量、峰值变形、应力-应变曲线随循环次数变化的规律,并基于Loland损伤力学模型,推导出岩石类材料损伤变量表达式,揭示了花岗岩力学性能劣化与循环次数、循环温度幅值的关系,为高低温冻融循环条件下岩石力学性能的研究提供一定的试验、理论基础     

松科二井高温高压随钻测温技术的应用研究

松科二井是亚洲国家组织实施的最深大陆科学钻井。松科二井完钻后38 h测井温度为241℃,创造了我国钻井工程最高井温应用记录。松科二井井内参数测试主要采用两种方法,一是综合物探测井,在下套管前进行综合测井;另一种是不影响正常钻进工作,随钻进行井下参数测试。及时掌握井下随钻温度等信息,对高温泥浆性能的调整和动力机具应用起着关键性的支撑作用。本文针对松科二井科学钻探高温难点问题展开系列研究,研制了一种存储式井下高温测试仪器。该仪器经过多轮攻关改进设计,成功应用于松科二井现场,在现场应用的最高随钻测试温度为222℃。     

The Electrical Conductivity of Gabbro at High Temperature and High Pressure

The electric conductivity of gabbro has been measured at 1.0 - 2.0 GPa and 320-700℃, and the conduction mechanism has been analyzed in terms of the impedance spectra.Experimental results indicated that the electric conductivity depends on the frequency of alternative current. Impedance arcs representing the conduction mechanism of grain interiors are displayed in the complex impedance plane, and the mechanism is dominated at high pressure.These arcs occur over the range of 102 - k× 105 Hz (k is the positive integer from 1 to 9). On the basis of our results and previous work, it is concluded that gabbro cannot form any high conductivity layer (HCL) in the middle-lower crust.     

超高温高压流变仪的研发及应用

随着我国能源勘探及地球深部探测等向深部发展,深井越来越多,地层温度、压力越来越高。保证高温高压状态下钻井液流变性能的稳定是深井安全钻进的必要前提,测定钻井液高温高压流变性是评价和优选钻井液体系最基础的工作。依托国家科技部重大仪器设备开发专项,通过对压力控制系统、温度控制系统、剪率控制系统、粘度检测系统等方面技术难题的攻关,研制成功了国内首台超高温高压流变仪。该仪器可在高温高压及低温高压条件下对钻井液、完井液、压裂液等样品的流变性进行高精度测量。     

高温高压下叶蜡石脱水电学性质的阻抗谱分析

在1.0、2 .0GPa和873～12 2 3K的温压条件下,借助于12 6 0阻抗增益相位分析仪测定了叶蜡石的电导率,并用阻抗谱原理分析了其微观导电机制。实验结果表明:样品的电导率对频率具有很强的依赖性;电阻率随着温度的升高而减小,电导率随着温度升高而增大,logσ与1/T之间符合Arrenhius线性关系;叶蜡石在1.0GPa和2 .0GPa的压力下脱水温度分别为10 74K和110 1K。根据本次获得的电导率实验结果并结合前人对滑石族所做的工作,得出了与前人不同的结论:滑石族矿物脱水电导率曲线出现了转折点。     

花岗岩剪切变形与矿物成分变化的高温高压实验

在构造变形过程中,流体控制成矿作用的机制是目前世界矿床界共同面临的问题之一。通过研究剪切变形过程中的力学-化学作用,理解剪切构造应力和流体在构造成岩成矿过程中的行为与作用是解决这一科学问题的关键环节。在花岗岩高温高压剪切变形实验的基础上,分析了实验变形的矿物反应特征及矿物反应引起的化学成分变化,讨论了矿物反应与变形的相互影响。实验结果表明,变形样品中斜长石、钾长石和辉石以脆性-塑性变形为主,石英和云母以塑性变形为主。同时流体与岩石的相互作用引起了矿物间的反应,其中钾长石、辉石发生水解作用最典型。实验变形整体受应变局部化控制,随着剪切变形加强,脆性破裂逐渐形成和发展为裂隙,应力不断释放,有金属元素沿裂隙充填,这些微观特征在实验样品中普遍存在,类似野外中的矿脉。本次实验为韧性剪切带的流变行为、化学行为和剪切作用过程提供了实验数据。     

个旧锡矿玄武质及花岗质岩浆载锡能力研究:来自高温高压实验岩石学的证据

对个旧锡矿的玄武岩和花岗岩进行了载锡能力的高温高压实验岩石学研究。结果表明:无论是花岗质还是玄武质岩浆,Sn4+都可以大量置换岩浆中的Si4+,形成富锡岩浆;个旧花岗质岩浆载锡最多可达约36%,而个旧玄武质岩浆载锡亦可达14.9%以上;当富锡的花岗质岩浆冷却时,岩浆将会出溶呈液滴状的锡的硫化物,表明花岗岩与锡矿有着直接的成因联系;而富锡玄武质岩浆由于快速淬火,且形成温度较高,不利于形成锡的矿物,但是所形成的玄武岩仍具备形成锡矿源层的条件。因此,锡矿的成矿地质体并不单一,花岗质与玄武质岩浆均可能成矿,关键在于岩浆在其形成或运移过程中,是否从源区或围岩之中获得大量的锡。