高温高压花岗岩水力压裂特征与破裂机制

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单位西安科技大学建筑与土木工程学院;西安科技大学地质与环境学院;
来源西北地质
出版年2025
期号05
摘要
地热能作为一种分布广泛的可再生资源,已成为人类未来能源安全的重要保障。干热岩型地热能因其储量巨大和清洁、高效、可再生的特点具有重大的开采价值。目前,干热岩开采通常需要通过水力压裂来制造渗流换热通道,因此,储层水力压裂特征和破裂机制研究对于干热岩资源的高效开采具有重要意义。笔者以常见的干热岩储层——花岗岩为研究对象,研究了不同围压、温度下水力压裂特征;分析了压裂过程中声发射特征演化规律;阐明了裂隙扩展规律及水力压裂影响因素;揭示了水力压裂破裂机制和裂隙扩展准则。实验结果表明:(1)常温和高温下花岗岩的水力压裂曲线均可以分为管孔充水、管孔增压、水力压裂、裂隙扩展4个阶段。(2)压裂后的裂隙均沿着管孔的深度方向扩展,随着围压的增加,裂隙长度增大,裂隙路径更为复杂,裂隙扩展类型包括沿晶断裂和穿晶断裂。(3)水力压裂特征受围压和温度的影响明显,温度一定时,围压越大,破裂压力越大,二者的关系近似呈线性;围压一定时,温度越高破裂压力越大,但这种相关性并非线性。(4)花岗岩水力压裂主导破裂机制为张拉破裂,但裂隙仍存在剪切破裂特征;破裂压力受围压、温度和岩石材料性质的多重影响。研究结果可为花岗岩热储层的压裂设计提供支撑。

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