循环高温作用下花岗岩裂缝渗流–传热特性试验研究

摘要

在利用注水热交换方式进行高温岩体地热开发过程中,热交换对流通道周围高温岩体会反复经历降升温循环作用,循环温度作用下高温岩体裂缝壁面变形、裂缝导流与岩体传热特性都会受到一定影响。为揭示这一复杂过程中花岗岩裂缝渗流特性及强制对流换热规律,在实验室进行降–升温循环(300℃→250℃→200℃→150℃→300℃)作用下流体渗流换热试验,结果表明:(1)低温水注入会诱发高温花岗岩裂隙面损伤破裂,裂缝面粗糙度系数JRC由初始的14.51变化至作用后的21.03,粗糙裂缝面轮廓最大高差ξ由2.2 mm增至3.21 mm,高温岩体导流裂缝随温度变化而变得更为曲折、粗糙度增大。(2)岩体温度由300℃递减至150℃时,裂缝渗透率呈指数型下降,由初始1.63达西降至0.53达西;而岩体温度由150℃增至300℃后,由于岩石基质热膨胀导致裂缝闭合,渗透率进一步降低;随着降–升温循环次数增加,裂缝渗透率整体呈一定程度波动变化,最终使得渗透率明显降低。(3)岩石初始温度高、提高热交换注入水压力,有利于高温花岗岩裂缝对流换热效果;然而随着降–升温循环次数增加,对流热交换作用效果变弱。研究对高温岩体地热高效开发及对流热交换控制技术具有一定的指导意义与价值。