【摘 要】
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干热岩的力学特征与渗流特性是实现地热能高效开发的关键参数,涉及安全钻井、压裂改造和长效取热全过程。随着对青海共和盆地干热岩的勘探工作不断取得突破,如何实现干热岩高
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干热岩的力学特征与渗流特性是实现地热能高效开发的关键参数,涉及安全钻井、压裂改造和长效取热全过程。随着对青海共和盆地干热岩的勘探工作不断取得突破,如何实现干热岩高效开发逐渐成为关注的热点。目前对青海共和盆地干热岩的研究主要集中在地质成因、勘探方法及资源评价等方面,尚未系统研究高温条件下干热岩岩体力学特征与渗流特性。针对上述问题,本论文对青海共和盆地干热岩的物性特征、力学参数及渗流特性开展了系统的实验研究,测试了干热岩组构、力学参数及渗流特性随温度演化规律,建立了干热岩岩体变形破坏与渗流特性表征方程,模拟了注入流速对干热岩采热量的影响。具体研究内容如下:（1）热处理后干热岩力学特征演化规律研究制备了干热岩标准岩心,系统开展了高温条件下干热岩声学特征与力学参数的实验研究,研究结果表明:（1）干热岩密度、纵、横波速总体上随处理温度的升高而降低,500℃为变化的门槛值温度;（2）干热岩的动态弹性模量随处理温度的升高而降低,300℃-700℃时,干热岩出现负泊松比现象;（3）温度高于300℃时,干热岩的压密段明显变长;700℃后,岩石变形特征由弹-脆性向弹-塑性转变;（4）500℃以内,干热岩的抗压强度随温度升高而增大,高于500℃时则明显降低。弹性模量随处理温度的增加而逐渐减小,泊松比则总体上呈增大趋势。（2）力热耦合下干热岩变形破坏机制与破坏准则研究分析了干热岩破坏特征,建立了力热耦合下干热岩变形破坏方程。揭示了高温条件下干热岩强度劣化机制,研究表明:（1）实验后干热岩在围压作用下的破坏形式仍以剪切破坏为主,符合摩尔-库伦准则的破坏形式。用单块实验法和计算法求解岩石的内聚力和内摩擦角,对Mohr–Coulomb强度准则进行了修正;（2）用弹性模量和波速分别定义了热损伤和机械损伤因子,建立了力热耦合作用下的岩石本构方程,能够对不同温度、围压条件下的干热岩应力-应变曲线进行拟合;（3）高温会使干热岩内的黑云母发生脱水反应,造成原有的晶体结构发生破坏并生成新的产物赤铁矿（Fe2O3）。方解石与白云石受热分解产生二氧化碳,气体散失导致岩样变得疏松。在300℃以上的高温作用下,干热岩内部裂缝萌生,导致岩样的压密段变长;当温度在700℃及以上时,岩石开始产生晶内裂缝并与晶间的裂缝一起构成复杂的裂缝网络,导致岩样变得疏松,抗压强度、弹性模量降低。（3）高温热处理干热岩渗透特性演化规律研究开展了高温条件下干热岩渗透特性的实验研究,重点探索高温及应力对干热岩渗透特性的影响规律及其作用机制,建立了考虑高温渗透特性变化的干热岩岩体取热物理力学模型,模拟了注入流速对干热岩采热量的影响。研究发现:（1）高温处理后,干热岩内部会形成相互连通的复杂裂缝网络,从而导致干热岩渗透率和孔隙度随着温度的升高而增大,500℃为两者变化的门槛值温度;（2）当降温幅度超过300℃且有效应力小于30MPa时,干热岩表现出负泊松比现象。受此影响,干热岩渗透率与有效应力间的关系为分段线性函数,而对照组花岗岩渗透率与有效应力的关系则为指数型函数;（3）注水采热过程中,注水速度不是越大越好,当注水速度大于一定值时,累积采热量反而比低流速条件下的采热量小。
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