澳大利亚 莫纳什大学
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二氧化碳强化地热系统中流体流动系统的演化:花岗岩矿物力学和热力学性质的实验研究及分子动力学模拟

二氧化碳增强型地热系统将使用二氧化碳代替水作为热传输流体,并实现二氧化碳地质封存作为一项附带效益。然而,流体-岩石化学和力学相互作用的微观力学机制仍然是模糊和未解决的。

在地热井投产前,人造裂缝对储层增透和增产具有重要意义。在没有热冲击或高热梯度的情况下,热应力的产生主要有两种机制:(1) 不同矿物之间的热膨胀系数差异性, (2) 单一矿物内部的热膨胀各向异性。通过粉末XRD进行定量相分析(利用TOPAS软件细化Rietveld结构) ,可以得到粉体的热膨胀系数(线膨胀系数和体积膨胀系数)及其各向异性。采用颗粒流程序 (Particle flow code, PFC),利用各复合材料的热膨胀系数研究花岗岩的断裂形态。该项目将有助于解释温度(高温和低温)作用下岩石的破坏机理。

分子动力学(MD)是研究原子和分子物理运动的一种计算机模拟方法,在微观长度和时间尺度与实验室宏观世界之间起着桥梁作用。采用MD模拟可以研究花岗岩矿物和储层流体的力学和热力学性质。应用LAMMPS软件研究了花岗岩矿物的应力-应变曲线及相应的泊松比。下一步是构建多相结晶矿物(花岗岩或其他储集岩),研究其力学性质(基本力学参数和裂缝起裂扩展)。流体(水或超临界二氧化碳)与岩石之间的相互作用机理(扩散、化学反应、界面张力等)将在之后讲解。同时采用XRD、SEM、CT和纳米压痕等实验方法来验证我们的模拟结果。

 


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