Воздействие воды и CO2 на механические свойства низкопроницаемых горных пород

Abstract

This article features experiments on triaxial compression of low-permeable dolomite samples with different confining pressures (2-20 MPa), different pore fluids (dry air, water, CO2), and different temperatures (25-150 °C). The authors have studied the effect of confining pressure, pore fluid and temperature on the strength properties of the studied samples. The results show an increase in the strength with grwoing confining pressure. When the confining pressure increases from 2 to 20 MPa, the compressive strength increases from 86 to 370 MPa. Temperature has a significant effect on rock strength under low confining pressure conditions. With the increasing confining pressure reaching 15 MPa, increasing temperature has little effect on the strength of dolomite samples. Under an effective confining pressure of 5 MPa, the temperature weakening occurs on the dolomite specimens when the temperature exceeds 90 °C. During compression, liquid diffusion occurs in the specimens. Higher water viscosity can cause a temporary decrease in effective confining pressure, which can increase the strength of the rock. More prominent fractures are observed in the samples, and more fluid is injected under CO2 injection conditions, which may be useful for increasing the permeability of the geothermal reservoir. Two groups of experiments have been performed on the samples in this study: the first group of experiments investigated the effect of confining pressure on the fracture stress of core samples, without pore fluid injection; the second group of experiments investigated the effect of water or CO2 and temperature on the mechanical properties of core samples.

Представлены результаты экспериментального исследования прочности на трехосное сжатие низкопроницаемых образцов доломита с различным ограничивающим давлением (от 2 до 20 МПа), разными поровыми флюидами (сухой воздух, вода, CO2) и различными температурами (от 25 до 150 °C). Эксперименты проводились на установке, позволяющей измерить модуль упругости, коэффициент Пуассона, предел текучести, напряжение разрушения, а также соответствующую осевую и радиальную деформацию. Были выполнены две группы экспериментов: в первой исследовалось влияние ограничивающего давления на напряжение разрушения образцов керна без закачки поровой жидкости; во второй группе изучалось влияние температуры на механические свойства образцов керна, в поры которых закачивалась вода или CO2 в сверхкритическом состоянии. Показано, что прочность породы увеличивается с увеличением ограничивающего давления. При увеличении ограничивающего давления c 2 до 20 МПа прочность на сжатие увеличивается c 86 до 370 МПа. Закачка поровой жидкости снижает эффективное ограничивающее давление, и прочность кернов снижается приблизительно в полтора раза. Температура оказывает значительное влияние на прочность породы при ограничивающем давлении менее 15 МПа, причем это влияние температуры на прочность не является монотонным. Нагревание от комнатной температуры до 90 °C (при ограничивающем давлении до 15 МПа) повышает прочность доломита, но при дальнейшем нагреве прочность образцов уменьшается. При увеличении ограничивающего давления выше 15 МПа влияние температуры на прочность образцов доломита снижается. Обсуждаются возможные причины этих особенностей.