高温与碱性溶液作用后花岗岩物理力学特性试验研究

作     者：李博宇 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：彭文祥;周阳宗

授予年度：2022年

学科分类：070801[理学-固体地球物理学] 07[理学] 0708[理学-地球物理学] 

主      题：花岗岩 高温 冷冲击 碱性溶液 化学作用 物理力学性质 微观分析 

摘      要：深部干热岩钻井中井壁受到高温与碱性的钻井液共同作用,井壁岩石物理力学性质发生变化,从而诱发井壁失稳,给深部干热岩钻井带来巨大挑战。因此,开展高温与碱性溶液作用后岩石物理力学性质研究,具有重要的研究价值和指导作用。本文以干热岩中常见岩体花岗岩为研究对象,分别对高温、碱性溶液及两者共同作用后的花岗岩进行物理力学试验,研究了高温、冷却条件及碱性溶液对花岗岩物理力学性质的影响,并结合岩石薄片观察、扫描电镜(SEM)测试,研究了高温与碱性溶液作用后花岗岩微观结构变化特征,从微观角度解释了花岗岩宏观物理力学性质变化的原因。得到如下主要结论:(1)随着热处理温度的升高,花岗岩的纵波波速、抗压强度、弹性模量、抗拉强度等各项测试参数衰减幅度均越来越大,且水冷冲击的方式使上述参数的衰减速度进一步加剧。(2)常温下花岗岩在中性溶液及pH=10的溶液作用后抗压强度和弹性模量与对照组相比都有小幅度降低,力学性能发生劣化,在p H=13的溶液作用后各项物理力学参数变化不大。(3)高温花岗岩在不同pH化学溶液冷冲击下表现出不同的反应现象,反应后花岗岩的物理力学性质也有所差异。当热处理温度在25-200℃时,p H=10的溶液与中性溶液作用后花岗岩的各项物理力学参数都相差不大,而p H=13的溶液作用后花岗岩的纵波波速、抗压强度及弹性模量更大。当热处理温度大于200℃时,两种碱性溶液作用后花岗岩的纵波波速、抗压强度及弹性模量都大于中性溶液作用后花岗岩,力学性能更强。(4)温度越高,花岗岩矿物晶体损伤越严重,裂隙密度、宽度越大;相同温度下,水冷冲击后花岗岩矿物晶体相比于自然冷却损伤更加严重,裂隙密度、裂隙宽度更大;碱性环境能够修补温度作用对花岗岩的损伤。图56幅,表7个,参考文献80篇