收稿日期：2022-10-18

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（41807194；41807208）

通信作者：那 金（1987—），男，博士、副教授，主要從事地?zé)岱矫娴难芯?。na_jin@126.com

DOI：10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1579 文章編號：0254-0096（2024）02-0225-11

摘 要：以開封圳宇花園的地?zé)衢_發(fā)過程為研究對象，利用TOUGHREACT程序構(gòu)建三維砂巖孔隙熱儲層的溫度場-化學(xué)場-滲流場多場耦合模型，并對主要影響因素進(jìn)行敏感性分析，探究地?zé)峄毓噙^程對熱儲層化學(xué)堵塞過程的影響。熱儲層中方解石、石英、伊利石、鈣-蒙脫石、二氧化硅礦物沉淀，鉀長石、鈉長石和白云石礦物溶解，其中方解石礦物為主要沉淀礦物，堵塞回灌井熱儲層，導(dǎo)致孔隙度降低約10%?；毓噙^程中回灌水注入流速、溫度、井間距的改變影響地?zé)崴毓噙^程中方解石沉淀，從而導(dǎo)致熱儲層孔隙度變化。

關(guān)鍵詞：地?zé)峋?；方解石；孔隙度；化學(xué)堵塞；THC耦合；TOUGHREACT程序

中圖分類號：P314.9""""""""""""""""""""""""""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引 言

地?zé)崮軐儆谛履茉吹囊环N，在中國儲量較大，具有地區(qū)分布廣等特點(diǎn)。由于在地?zé)崮艿拈_發(fā)過程中熱儲層溫度、壓力變化和熱儲層礦物的溶解、沉淀變化會(huì)影響開采效率，所以如何保障地?zé)崮艿目沙掷m(xù)利用，成為地?zé)崮軕?yīng)用的關(guān)鍵。為了實(shí)現(xiàn)地?zé)崮芸沙掷m(xù)利用，采用地?zé)峄毓嗟姆绞絹砭S持地?zé)衢_采效率，是效益最大化的有效方式，也是防止由于地?zé)衢_采而造成地表熱源污染和化學(xué)污染的措施，并且對于維持熱儲層溫度、壓力、生產(chǎn)井溫度等方面具有重要作用［1-4］。但隨著回灌時(shí)間的增長，井筒易出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象，導(dǎo)致回灌井注入能力逐漸減弱，影響了回灌效率?；毓嗑氯脑蜉^為復(fù)雜，砂巖熱儲層回灌不僅可能是因?yàn)榛瘜W(xué)堵塞物、懸浮物堵塞、細(xì)顆粒重組和泡阻塞等原因，還有可能是熱儲層中黏土礦物的遷移而引起的堵塞［5-7］。因此，開展地?zé)峋毓喽氯芯繉Φ責(zé)崮艿拈_發(fā)利用具有重要意義，這也是目前地?zé)衢_發(fā)領(lǐng)域關(guān)注的熱點(diǎn)。

通過對國內(nèi)外地?zé)崽锏恼{(diào)查，80%的孔隙型熱儲會(huì)出現(xiàn)回灌堵塞現(xiàn)象［2，6］。由于回灌過程中熱儲層的壓力和溫度變化，導(dǎo)致一些礦物成分因過飽和而沉淀，使得回灌井及附近熱儲層堵塞［8］，對地?zé)崮艿拈_采能力產(chǎn)生不利影響。不同回注位置、回注深度、與生產(chǎn)井的距離、回灌水溫度和流速對地?zé)崴毓嘈Ч挠绊戄^大［9］?；刈⒎绞綄拥挠绊懗潭热Q于地?zé)嵯到y(tǒng)類型［10-11］。陳靜怡等［12］通過數(shù)值模擬對扎倉地?zé)崽飪踊瘜W(xué)堵塞機(jī)理開展研究，結(jié)果表明尾水回灌導(dǎo)致熱儲層中的鉀長石與二氧化硅析出，孔隙堵塞導(dǎo)致開采效率下降；Pandey等［13］對硅質(zhì)熱儲層進(jìn)行了水-熱-化學(xué)模擬，結(jié)果表明無定形二氧化硅的溶解度與溫度變化密切相關(guān)，溫度升高會(huì)使無定形二氧化硅的析出與溶解速率增大，從而改變裂隙尺寸和地層滲透率；柴如寬等［14］通過巖心驅(qū)替等實(shí)驗(yàn)，在研究細(xì)顆粒與粗顆粒遷移的過程中發(fā)現(xiàn)溫度與壓力升高會(huì)使粗顆粒膨脹，而細(xì)小的顆粒會(huì)析出，隨著鹽度的降低，這兩種作用都有所增強(qiáng)。鄒晶瑩［15］通過一維砂柱試驗(yàn)研究熱儲中物質(zhì)對化學(xué)堵塞的影響，通過二維砂槽試驗(yàn)分析化學(xué)堵塞的時(shí)空變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)方解石為主要沉淀物，且溫度越高越有利于碳酸鈣的生成；張亮等［16］對青海西寧盆地地?zé)崽镞M(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)中低溫多孔熱儲層回注能力下降的主要原因之一是顆粒運(yùn)移和沉積引起的堵塞，并通過一系列的泵注、回注試驗(yàn)和數(shù)值模擬方式對地?zé)峋L期回注性能進(jìn)行了預(yù)測，得到注入壓力或注入速率越高，顆粒堵塞程度越嚴(yán)重，導(dǎo)致注入能力下降的結(jié)論。

前人對熱儲層化學(xué)-堵塞防治也開展了一系列研究。例如，在新西蘭地?zé)衢_發(fā)中，二氧化硅和砷是限制地?zé)衢_發(fā)效率的兩個(gè)重要因素，Mroczek等［17］通過電凝處理方法處理這兩種成分來實(shí)現(xiàn)低焓流體中熱量的高效利用。Haklidir等［18］通過模糊控制器建立模型來控制系統(tǒng)投放最佳比例的阻垢劑，控制二氧化硅和碳酸鈣的析出。戴群等［19］在對勝利油田的地?zé)崴毓喽氯芯恐校ㄟ^選出適合的緩釋阻垢體系，以改善回灌尾水水質(zhì)，降低回儲層中堵塞。

開封地?zé)崽锇枷輩^(qū)屬于濟(jì)源—開封凹陷的東南隅［20］，為典型砂巖孔隙熱儲層，具有豐富的地?zé)豳Y源和較高的利用價(jià)值，具有較高的開采意義［21］。武佳鑫［22］通過使用FEFLOW模擬的方法對開封地區(qū)地?zé)衢_發(fā)過程中地?zé)崃黧w的流動(dòng)和溫度的變化進(jìn)行了模擬研究。朱紅麗［23］對開封超深地?zé)崴斯せ毓嘌a(bǔ)源工程的可行性進(jìn)行了研究論證，使用無壓自然回灌的方式研究注水的滲透系數(shù)，分析地?zé)崴乃疁?、水質(zhì)變化［24］。

綜上所述，以往研究多通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)探討砂巖熱儲層的物理和化學(xué)堵塞過程，對場地尺度地?zé)崴毓嗨?巖反應(yīng)及堵塞效應(yīng)的定量分析研究不足，并且多聚焦在地?zé)崴毓嘈室约斑M(jìn)行回灌之后熱儲層的溫度和壓力變化等方面，對開封地區(qū)熱儲層回灌化學(xué)堵塞方面的研究不足?；诖耍疚耐ㄟ^TOUGHREACT程序建模的方法，以開封圳宇花園為地?zé)岚袇^(qū)，研究儲層中孔隙度和礦物沉淀、溶解現(xiàn)象，分析地?zé)崴毓嗟乃?巖相互作用及化學(xué)堵塞過程。通過開展敏感性分析，以期為降低研究區(qū)地?zé)衢_發(fā)過程化學(xué)堵塞提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。

1 研究區(qū)概況

開封（圖1）凹陷區(qū)位于華北臺坳濟(jì)源—開封凹陷，濟(jì)源—開封凹陷屬中新生代凹陷，南側(cè)為鄭汴斷裂，北側(cè)為新鄉(xiāng)—商丘斷裂，中間為武陟凸起，西為濟(jì)源凹陷，東為開封凹陷［25］。新近系上被第四系覆蓋，整個(gè)區(qū)域都有分布，發(fā)育較好，新近系地層主要分為館陶組與明華鎮(zhèn)組［26］。新近系地層由西向東傾斜，所以地下水的流向也由西向東流動(dòng)。通過利用不同埋深含水層涌水量的關(guān)系，可得出埋深800～1000 m含水層的平均單位涌水量最大，新近系熱儲的平均單位涌水量隨埋深的增加而逐漸減?。?3］。開封市圳宇花園為開封凹陷地?zé)豳Y源勘探靶區(qū)，采用定向井套井管完井，實(shí)際井深2445.9 m，實(shí)際垂直井深2308.45 m，模擬熱儲層為埋深2336～2445 m，井段為2358.6～2430 m。經(jīng)鉆孔揭示，含水層埋深2375.8～2430 m，滲透率為107.32×10-3 μm2，為館陶組砂巖，上部巖性為紅棕色、淺褐色粘土夾灰白色、半透明狀細(xì)砂、粉細(xì)砂；下部為紅棕色、暗褐色、暗鐵紅色泥巖，少量灰綠色、灰白色泥巖，夾灰白色、透明狀、半透明狀細(xì)粒砂巖、粉砂巖，屬于中等富水區(qū)。熱儲層溫度為82 ℃，是主要地?zé)崴_采段。熱儲層頂部泥巖發(fā)育為干層，厚度可達(dá)到15.2 m，滲透率為0.01×10-3 μm2，構(gòu)成熱儲穩(wěn)定分布蓋層。

2 模擬程序

地?zé)崴毓嗌婕岸鄨鲴詈线^程，數(shù)值模擬技術(shù)為相關(guān)研究提供了方法。本文采用TOUGHREACT程序?qū)ρ芯繀^(qū)進(jìn)行研究。TOUGHREACT程序可完成地?zé)衢_采過程中熱儲層發(fā)生的水巖反應(yīng)的整個(gè)化學(xué)反應(yīng)過程的模擬，在地?zé)衢_發(fā)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。針對不同問題的解決方式，TOUGHREACT程序所使用的EOS模塊不同，對于地?zé)釂栴}的模擬使用EOS1模塊［27-31］。TOUGHREACT為了建立地球化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)，所使用的相關(guān)公式詳見文獻(xiàn)［32-35］。

2.1 概念模型

基于研究靶區(qū)開封圳宇花園的地質(zhì)、水文地質(zhì)、地?zé)岬刭|(zhì)特征，通過TOUGHREACT程序構(gòu)建三維砂巖孔隙熱儲層的溫度場-化學(xué)場-滲流場多場耦合模型，開展地?zé)崴毓喽氯麛?shù)值模擬研究。

地?zé)豳Y源開發(fā)采用兩點(diǎn)式布井方案，即“一注一抽”式開采地?zé)崴▓D2）。模型中館陶組熱儲層為水平方向4000 m×4000 m，通過鉆探資料分析主要熱儲層分布在地層2336～2445 m的深度范圍內(nèi)?；诖?，通過物探資料熱儲層、蓋層分布情況設(shè)置模型熱儲層厚度為64.2 m。通過前人對開封區(qū)回灌研究所建議的抽灌井間距［22］，設(shè)置注入井與生產(chǎn)井間距400 m。將研究區(qū)域進(jìn)行計(jì)算網(wǎng)格的剖分，垂向剖分11層，頂層為覆蓋隔水層厚度2.5 m，含水層垂向剖分10層，每層厚度6.17 m。在每層上縱向與橫向剖分50 m立方體，共剖分70400個(gè)網(wǎng)格。

2.2 邊界條件

本文所述開封凹陷區(qū)的館陶組儲層上、下部的穩(wěn)定隔水層為承壓含水層，在不考慮下部儲層越流補(bǔ)給的基礎(chǔ)上，將上頂板、下底板概化為隔水邊界，側(cè)向邊界設(shè)定為一類邊界（定水頭邊界）；巖層骨架簡化為多孔連續(xù)介質(zhì)，具有均質(zhì)各向同性的特點(diǎn)，將其劃分11層。熱儲層壓力使用靜水壓力代替，根據(jù)靜水壓力[p=ρgΔh]計(jì)算得出儲層壓力為23.7～24.3 MPa。頂板與底板的溫度采用地溫梯度公式計(jì)算得出，地溫梯度值在2.72～2.79 ℃/100 m之間。通過TOUGHREACT模擬地層溫度（圖3a）、壓力（圖3b）的數(shù)值與實(shí)際計(jì)算的靜水壓力，地溫?cái)?shù)值相近。

2.3 初始條件

開封地區(qū)水文地質(zhì)資料表明，研究區(qū)深部地下水流動(dòng)十分緩慢［22］，所以本文研究假定熱儲層地下水只會(huì)在抽-注水的驅(qū)動(dòng)下由注入井向生產(chǎn)井運(yùn)動(dòng)。根據(jù)開封圳宇花園地?zé)崴_發(fā)設(shè)計(jì)方案，設(shè)置本文基礎(chǔ)方案的抽-注水速率為6 L/s，注入水溫度為40 ℃。基于鉆探和測井資料，對研究區(qū)熱儲層巖樣和地?zé)崴畼舆M(jìn)行采集分析，得到含水層分布、熱儲層基本

參數(shù)與地?zé)嵯到y(tǒng)礦物組分、設(shè)計(jì)參數(shù)、熱儲層地?zé)崴瘜W(xué)組分分別如表1～表3所示。計(jì)算礦物動(dòng)力學(xué)速率常數(shù)的參數(shù)如表4所示。

3 結(jié)果分析與討論

3.1 熱儲層溫度、壓力演化特征

本文模型設(shè)置注入井井筒與生產(chǎn)井井筒相距400 m，對400 m范圍內(nèi)地?zé)崽锏钠拭妫碮：2000～2400 m）進(jìn)行分析，地?zé)崽锘毓鄿囟妊莼?guī)律如圖4所示。由于地?zé)衢_采使用“一抽一灌”的生產(chǎn)方式，注入井注入回灌水導(dǎo)致靜水壓力增大，而生產(chǎn)井處在不斷勻速抽水，導(dǎo)致靜水壓力減小，所以生產(chǎn)井處的熱儲層壓力明顯降低，注入井處的地層壓力明顯上升。系統(tǒng)運(yùn)行10 a，生產(chǎn)井處的熱儲層壓力降低，注入井處的熱儲層壓力上升（圖4a）。注入井井筒附近2370～2480 m范圍內(nèi)熱儲層溫度降至40 ℃（圖4c），生產(chǎn)井溫度穩(wěn)定在約73 ℃。系統(tǒng)運(yùn)行30 a，注入井周圍的地層范圍內(nèi)地層壓力變

化顯著（圖4b）。注入井附近2100～2800 m范圍內(nèi)熱儲層溫度降至40 ℃（圖4d），生產(chǎn)井溫度達(dá)到46.95 ℃。

3.2 礦物溶解、沉淀規(guī)律

模擬結(jié)果表明地?zé)崴毓噙^程中溶解礦物為鉀長石、鈉長石、白云石和二氧化硅礦物，沉淀礦物為方解石、石英、伊利石、鈣-蒙脫石。方解石沉淀變化顯著（圖5），對儲層孔滲特征影響較大。由于方解石溶解度隨溫度的升高而降低，注入井向熱儲層中注入40 ℃回灌水，冷水被熱儲層溫度影響，回灌水溫度升高，導(dǎo)致出水口附近方解石大量沉淀。上述成巖過程中所涉及到的反應(yīng)方程式為：

[H2CO3+CaOH2""""" CaCO3↓+2H2O]"" （1）

[CaMgCO32+2CO2+2H2O""""" Ca2++Mg2++4HCO-3]" （2）

[3NaAlSi3O8（鈉長石）+2H++H2O+2K+→""""""""""" 3Na++6SiO2+KAl3Si3O10OH2（伊利石）+H2O]"" （3）

[2KAlSi3O8+2H2CO3+9H2O""""" 2K++2HCO-3+""""""""""" 4H4SiO4+Al2Si2O5（OH）4]"" （4）

[NaAlSi3O8+8H2O""""" Na++AlOH-4+3H4SiO4]" （5）

圖5為熱儲層方解石沉淀分布。在[X]為2000 m時(shí)，[Y]為2400 m，在[Z]方向上頂板至底板區(qū)域結(jié)垢產(chǎn)物方解石量增大。隨著地?zé)嵯到y(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的增加，熱儲層中方解石沉淀產(chǎn)生的區(qū)域逐漸擴(kuò)大。系統(tǒng)運(yùn)行10 a，可明顯看到方解石沉淀。注入井熱儲層[Z]在頂板到底板，2220～2600 m范圍內(nèi)方解石沉淀明顯（圖5a）。而系統(tǒng)運(yùn)行30 a，注入井熱儲層-10 m到底板，2200～2600 m范圍內(nèi)方解石沉淀量增大，注入口附近熱儲層[Z]在頂板至地板深度范圍內(nèi)方解石沉淀體積最大，方解石沉淀體積分?jǐn)?shù)最大可達(dá)到1.5%（圖5b）。

本文建模結(jié)果發(fā)現(xiàn)儲層礦物變化主要是方解石-白云石的沉淀與溶解，這也是造成熱儲層化學(xué)堵塞的主要原因。李潔祥等［41］對華北平原白云巖和砂巖儲層熱流體組成的水-礦物反應(yīng)過程的研究發(fā)現(xiàn)，主要是方解石-白云石的化學(xué)平衡決定鈣-鎂平衡。甘昊南等［42］采用地球化學(xué)元素遷移的方法對華北濱州砂巖地?zé)崽镞M(jìn)行了溫度對砂巖熱儲層的地?zé)崴刈⒂绊懙氖覂?nèi)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)砂巖熱儲層的方解石與伊利石礦物受水-巖相互作用和地?zé)崴刈⒌挠绊戄^大，與高溫（65 ℃）回注條件相比，低溫（45 ℃）下方解石析出量大幅減少。馬致遠(yuǎn)等［43］通過對咸陽地區(qū)孔隙型地?zé)衢_采回灌堵塞機(jī)理的研究，建立了室內(nèi)回灌堵塞實(shí)驗(yàn)?zāi)M與水文地球化學(xué)模擬相耦合的方式，發(fā)現(xiàn)碳酸鹽沉淀是造成化學(xué)堵塞的主要原因，且溫度變化對化學(xué)堵塞影響加大。根據(jù)前人研究結(jié)果可知，華北平原熱儲層中方解石沉淀是造成堵塞的主要原因之一。本文模型化學(xué)沉淀結(jié)果與前人研究具有一致性。

3.3 熱儲層孔隙度演化規(guī)律

圖6為熱儲層孔隙度隨時(shí)間分布圖。由于方解石為主要沉淀礦物，隨著方解石沉淀體積分?jǐn)?shù)的增大、沉淀變化區(qū)域擴(kuò)展，導(dǎo)致孔隙度減小，孔隙度變化區(qū)域擴(kuò)展。系統(tǒng)運(yùn)行10 a，注入井處孔隙度的變化不明顯（圖6a）。系統(tǒng)運(yùn)行30 a，地層剖面上孔隙度無大范圍變化，只是在注入井縱深[-23～-18]m范圍內(nèi)的孔隙度有明顯變化，變化范圍為0.22～0.24（圖6b）。由于系統(tǒng)運(yùn)行30 a，方解石沉淀體積分?jǐn)?shù)為1.5%，次生方解石的堵塞，熱儲層孔隙度可降低10%，可見地?zé)崴毓噙^程中的水-巖反應(yīng)明顯改變熱儲層的孔隙度。

3.4 敏感性分析

由于地?zé)衢_發(fā)過程熱儲層中發(fā)生的水-熱-化學(xué)作用受多因素影響，本文通過設(shè)置敏感性分析，討論注入井與生產(chǎn)井間距、注入流速回灌水溫度的改變對熱儲層水巖反應(yīng)及堵塞過程的影響。不同回灌設(shè)計(jì)方案如表6所示。

注：除表中敏感性參數(shù)變化外，其他與基礎(chǔ)方案相同。

3.4.1 流速影響

參考靶區(qū)地?zé)崴_發(fā)設(shè)計(jì)方案，設(shè)定注入流速6 L/s作為基準(zhǔn)方案，將對比方案調(diào)整為5、8 L/s共兩組流速。從圖7可看到，隨著注入井注入流速的增大，生產(chǎn)井溫度降低顯著，流速增至8 L/s時(shí)，由于注入井附近熱儲層溫度降低的區(qū)域擴(kuò)展，生產(chǎn)井溫度穩(wěn)定在41.91 ℃，相對于初始溫度降幅為11%；將流量減至5 L/s，注入井處溫度為50.95 ℃。

由于注入流速的增大，注入流量增大，導(dǎo)致熱儲層中的方解石沉淀增加。注入水流速為8 L/s，方解石沉淀區(qū)域明顯擴(kuò)展，熱儲層頂板至底板，水平方向 2200～2600 m范圍內(nèi)方解石沉淀體積顯著增大，沉淀體積分?jǐn)?shù)最大為1.5%（圖8b）。由于方解石沉淀作用增強(qiáng)，熱儲層孔隙變化減小區(qū)域擴(kuò)展（圖9b）。流速為5 L/s，注入井注入回灌水流量減小，熱儲層壓力與溫度變化也減小，減小回灌水與周圍巖層水-巖反應(yīng)，導(dǎo)致方解石沉淀體積分?jǐn)?shù)不變但沉淀區(qū)域縮小（圖8a），熱儲層中的孔隙變化區(qū)域也隨之縮?。▓D9a）。

3.4.2 井間距影響

以生產(chǎn)井與注入井井間距400 m作為基準(zhǔn)方案，對比方案將其調(diào)整為600、800 m。由圖10可看出，井間距600 m與800 m對生產(chǎn)井溫度無顯著影響，井間距600 m，地?zé)嵯到y(tǒng)運(yùn)行30 a，溫度可達(dá)68.76 ℃。井間距800 m，熱儲層溫度可達(dá)80.28 ℃。增加井間距對生產(chǎn)井處溫度的影響減弱。井間距的改變對注入井處熱儲層的溫度、壓力變化有明顯變化。

Cases 3 and 4

從圖11可看到，井間距600 m（圖11a）與井間距800 m（圖11b）注入井處的方解石沉淀區(qū)域大小變化不顯著，方解石沉淀體積分?jǐn)?shù)也相差不大。井間距的改變對方解石沉淀的影響不顯著。圖12中，井間距600 m（圖12a）與井間距800 m（圖12b）的熱儲層中孔隙變化特征變化不顯著。

3.4.3 溫度影響

設(shè)置回灌水溫度分別為30、50 ℃。從圖13可看出，不同溫度的回灌水對生產(chǎn)井附近地層溫度的影響變化趨勢基本一致。注入30 ℃回灌水生產(chǎn)井溫度為40.59 ℃，注入50 ℃回灌水生產(chǎn)井溫度穩(wěn)定在約53.79 ℃?；毓嗨疁囟葘醿Φ臏囟?、壓力影響較小。

從圖14可看到，回灌水溫度不同，方解石沉淀區(qū)域發(fā)生明顯變化。由于注入30 ℃回灌水，注入井附近熱儲層溫度最低降至30 ℃，熱儲層溫度降低，使方解石沉淀作用減弱，頂板至底板，2200～2600 m范圍內(nèi)熱儲層的方解石沉淀體積分?jǐn)?shù)最大的區(qū)域明顯縮減（圖14a）。熱儲層中孔隙由于方解石沉淀，2300～2500 m，縱深[-23～-15] m方向上內(nèi)孔隙度范圍擴(kuò)展（圖15a）?；毓嗨疁?0 ℃，方解石沉淀區(qū)域與基礎(chǔ)方案方解石沉淀效應(yīng)增強(qiáng)（圖14b）。熱儲層中孔隙變化區(qū)域變化明顯（圖15b）?；毓嗨疁囟壬撸瑫?huì)導(dǎo)致方解石沉淀作用增強(qiáng)，從而加劇熱儲層孔隙堵塞。

5 結(jié) 論

本文基于開封凹陷區(qū)圳宇花園為地?zé)衢_采靶區(qū)的水文地質(zhì)條件及地?zé)岬刭|(zhì)，使用TOUGHREACT程序構(gòu)建三維砂巖孔隙熱儲層的溫度場-化學(xué)場-滲流場多場耦合模型，模擬目標(biāo)開采靶區(qū)館陶組熱儲層回灌過程中水-巖反應(yīng)及化學(xué)堵塞變化，得出以下主要結(jié)論：

1）熱儲層溫度、壓力變化范圍隨回灌時(shí)間、流速、注入水溫度的變化而變化。回灌過程中發(fā)生水-巖反應(yīng)，其中鉀長石、鈉長石和白云石礦物發(fā)生溶解，方解石、石英、伊利石、鈣-蒙脫石和二氧化硅發(fā)生沉淀。

2）地?zé)崴毓鄷r(shí)，方解石為主要沉淀礦物，其沉淀區(qū)域隨回灌的進(jìn)行而擴(kuò)展，堵塞熱儲層孔隙。注入井附近熱儲層孔隙度可降低約10%，影響地?zé)崴毓唷?/p>

3）回灌過程中流速與溫度變化對注入井附近熱儲層堵塞作用影響較大，注入水溫度不應(yīng)高于40 ℃，注入流速不應(yīng)超過6 L/s時(shí)，可適當(dāng)減小方解石的沉淀體積分?jǐn)?shù)，有利于降低熱儲層化學(xué)堵塞。井間距對方解石沉淀影響較小。

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NUMERICAL SIMULATION STUDY OF" CHEMICAL

CLOGGING OF SANDSTONE PORE THERMAL RESERVOIRS

RESERVOIR BACKFILL IN KAIFENG AREA

Huang Yanyan1，Na Jin1，Lei Hongwu2

（1. College of Resources and Environment， Yangtze University， Wuhan 430100， China；

2. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering， Institute of Rock and Soil Mechanics，

Chinese Academy of Sciences， Wuhan 430071， China）

Abstract：Taking the geothermal development process of Kaifeng Zhenyu Garden as the study object， a three-dimensional sandstone pore thermal reservoir multi-field coupling model of temperature field-chemical field-seepage field was constructed using the TOUGHREACT program， accompanied by the sensitivity analysis of the main influencing factors to investigate the influence of the geothermal reinjection process on the chemical plugging process of the geothermal reservoir. In the thermal reservoir， the minerals such as calcite， quartz， illite， calcium-montmorillonite， and silica dioxide will precipitate. However， the minerals like potassium feldspar， sodium feldspar， and dolomite will dissolve in the geothermal reservoir. Among them， calcite is the main precipitated minerals， which may block the geothermal reservoir of backfill wells， resulting in a porosity reduction of about 10%. The changes of backfill water injection flow rate， temperature， and well spacing during the backfill process affect the precipitation of calcite in the backfill process of geothermal water， thus lead to variation in the porosity of the geothermal reservoir.

Keywords：geothermal wells； calcite； porosity； chemical clogging； THC coupling； TOUGHREACT program