我国碳酸盐岩地热资源分布广泛,储量丰富,具有极大的开发潜力。由于其孔隙结构复杂,部分孔隙之间连通性差等特点,导致不同区域地热井之间的采灌效率差异显著,限制了地热能的开发效率。基质酸化是提高碳酸盐岩储层渗流能力的有效手段,但由于碳酸盐岩储层较强的非均质性,酸化改造效果仍有进一步提升空间。本文借鉴"热胀冷缩"的物理思想,创新提出交变温载作用下碳酸盐岩地热储层酸化改造方法,以"高温加热-液氮骤冷"对碳酸盐岩进行预热处理,在岩石内构建循环热应力场,再注入酸液解除堵塞物,疏通孔隙间连通性。通过上述热力-酸化耦合的改造新方法可大幅提高储层渗流能力,但目前交变温载作用下碳酸盐岩地热储层基质酸化孔隙结构表征演化规律仍不明确。本研究针对这个问题,以山东青州灰岩为研究对象,开展了六组不同温度(25~500℃)下交变温载-酸化耦合作用下碳酸盐岩石的自发渗吸与溶液电导率实时监测实验,结合孔-渗联测测试以及超声波波速测试结果,定量分析了样品孔隙结构动态演化规律,并与单纯酸化、单纯热处理岩石的结果相对比。实验结果表明:(1)交变温载-酸化耦合作用能够显著增强碳酸盐岩样品孔隙的连通性,与单纯交变温载处理结果相比较,交变温载-酸化耦合作用下的岩样孔隙度与渗透率增幅明显,分别提升了643%和561%,说明酸化作用能进一步提高孔隙连通性;(2)交变温载-酸化耦合作用能够促进孔隙结构动态发育演化,使得小孔隙逐渐向大孔隙演化,这种耦合作用下岩样的单位面积渗吸质量比单纯交变温载作用样品的结果高约16%,碳酸盐岩地热储层的渗流回灌能力得到显著改显著改善;(3)岩样的渗吸速率随着温度的增加而快速增加,并且交变温载-酸化耦合作用下岩样的渗吸速率对温度的变化会更为敏感;(4)交变温载处理过程中温度升高可以增强孔隙之间的连通性,在此基础之上进行酸化作用,可进一步提升孔隙连通性效果,随后将酸蚀样品完全浸没于蒸馏水中,溶液中的离子扩散速率也逐渐加快。本研究揭示了交变温载与酸化耦合作用对碳酸盐岩孔隙结构发育的作用机理,为碳酸盐岩地热资源的高效开发提供了科学依据。