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Thermoelastically-induced fracture permeability enhancement associated with cold fluid injection

与冷流体注入相关的热弹性诱导裂缝渗透率增强

基本信息

批准号：
15560700
负责人：
ITO Takatoshi
金额：
$ 2.37万
依托单位：
Tohoku University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2003
资助国家：
日本
起止时间：
2003 至 2004
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-15560700/
关键词：
Fracture Permeability Thermal deformation Thermal stress In-situ stress Geothermal energy Re-injection 氷

项目摘要

When cold fluid flows into fractures within a rock, the rock cools down and the cooling causes thermal contraction of the rock around the fractures. As a result, the fractures are likely to open and to be more permeable. We analyze the effect of remote compressive stresses on fracture opening associated with cold fluid flow by using a 2D FEM code. The results show that the fracture opening will be suppressed by remote compressive stresses, but even in such a condition, the considerable increase in fracture opening and permeability will appear when the temperature of injected fluid is smaller than a critical value T_c. This value is given as a function of remote compressive stresses, fracture pressure, and elastic properties of rock. In order to verify the theoretical prediction, we carried out laboratory experiments using a cylindrical specimen. There exists an artificial fracture passing through the specimen in the axial direction, and the experiments were proceeded as follows ; (i)apply a confining stress to the specimen, (ii)elevate the specimen's temperature to a certain level, (iii)inject cold water into the fracture by a constant pressure, and measure the injection rate, (iv) estimate the fracture permeability from the measured injection rate. From the results of experiments, we confirmed that the fracture permeability increases gradually with decreasing the injection temperature, and the increasing rate changes dramatically when the injection temperature becomes lower than the critical value T_c as theoretically predicted.

当冷流体流入岩石内的裂缝时，岩石冷却下来，并且冷却引起裂缝周围的岩石的热收缩。因此，裂缝可能会打开，并且更具渗透性。我们使用二维有限元程序分析了远程压应力对冷流体流动下裂缝张开的影响。结果表明，远场压应力会抑制裂缝的张开，但即使在远场压应力作用下，当注入流体温度低于临界值Tc时，裂缝张开度和渗透率仍会显著增加。该值作为远程压缩应力、破裂压力和岩石弹性性质的函数给出。为了验证理论预测，我们进行了实验室实验，使用圆柱形试样。在试件的轴向存在一条贯穿试件的人工裂缝，实验过程如下：（i）对试件施加围压，（ii）将试件的温度升高到一定水平，（iii）以恒定压力向裂缝中注入冷水，并测量注入速率，（iv）由测量的注入速率估算裂缝渗透率。实验结果表明，随着注入温度的降低，裂缝渗透率逐渐增大，当注入温度低于理论预测的临界值Tc时，裂缝渗透率的增大速率发生急剧变化。

项目成果

期刊论文数量（16）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

伊藤高敏他2名: "温度変化による応力低下モデルに基づく葛根田地熱地域における注水データの解析"日本地熱学会25周年記念自然エネルギーフォーラム平成15年学術講演会講演要旨集. 63 (2003)

Takatoshi Ito 等 2 人：“基于温度变化引起的应力下降模型对 Kakkonda 地热区注水数据的分析” 日本地热学会 25 周年自然能源论坛摘要，2003 年。 63 (2003)

DOI：
发表时间：
期刊：
影响因子：
0
作者：
通讯作者：

低温水流入に伴う熱弾性効果によるき裂透水性の変化挙動と室内実験による検証

低温入水热弹性效应引起的裂缝渗透率变化行为及室内实验验证

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
日本地熱学会誌 27巻・2号(掲載予定)
影响因子：
0
作者：
Ito;T.;Watanabe;H.;Swenson;D.;Hayashi;K.;伊藤高敏他2名
通讯作者：
伊藤高敏他2名

Thermoelastically-induced fracture permeability enhancement associated with cold fluid iniection and its laboratory verification

冷流体注入热弹性致裂缝增渗及其实验室验证

DOI：
发表时间：
2005
期刊：
J.Geotherm.Res.Soc.Japan
影响因子：
0
作者：
Ito;T.;Watanabe;H.;Swenson;D.;Hayashi;K.
通讯作者：
K.

Numerical study on optimum injection temperature inferred from coupled-hydro-thermal-mechanical behavior of rock

岩石水热力学耦合行为推断最佳注入温度的数值研究

DOI：
发表时间：
2003
期刊：
Geothermal Resources Council Trans. 27
影响因子：
0
作者：
Ito;T.;Watanabe;H.;Swenson;D.;Hayashi;K.;伊藤高敏他2名;Takatoshi ITO他2名;Takatoshi Ito 他3名
通讯作者：
Takatoshi Ito 他3名

低温水流入に伴う熱弾性効果によるき裂透水性変化挙動と室内実験による検証

低温进水热弹性效应引起的裂缝渗透率变化行为及室内实验验证