在干热岩储层内部创造复杂人工裂隙,形成增强型地热系统(EGS)是干热岩资源开采的关键。然而,干热岩储层埋深大、地应力高,导致裂隙极易闭合、渗透性衰减快、产能提升不够。解决该难题的关键是合理铺设支撑剂,使EGS维持较高的渗流能力。为此,在河北省自然科学基金优秀青年科学基金项目(编号:A2024210057)、国家自然科学基金面上项目(编号:1237021756)资助下,本文首先开展了干热岩水力压裂模拟实验和数值模拟,分析了压裂裂隙扩展的主控因素及扩展规律;其次,开展了复杂裂隙内固-液两相运移实验和数值模拟,探究了流体和支撑剂协同输运规律和机理;最后,基于赫兹接触理论与Kozeny-Carman方程建立了裂隙导流能力计算模型,并结合室内实验,阐明了多因素影响下裂隙导流能力演变特征。主要结论如下: (1)干热岩水力压裂裂隙扩展受围压、轴压、排量、预制裂隙、地应力、弹性模量的综合影响。围压、轴压的增大提升干热岩破裂压力,抑制压裂裂隙的扩展,表现为孔裂隙体积降低;排量的增大促进压裂裂隙的发育,裂隙形态由一字型演变为X型;含预制裂隙情况下,压裂裂隙优先向预制裂隙方向扩展,形成主裂隙+分支裂隙的裂隙系统;随着地应力增大,压裂裂隙复杂程度降低,并沿着最大主应力方向扩展;弹性模量增大提升了干热岩破裂阈值,裂隙面积、长度、开度逐渐减小。 (2)压裂裂隙内支撑剂运移受支撑剂配置、裂隙特征、压裂液类型及排量的影响。支撑剂类型中,陶粒砂运移距离短、形成的砂堤高度大,其次是石英砂,而玻璃珠运移距离长、形成的砂堤高度小;支撑剂质量分数越大,支撑剂运移长度和形成的砂堤高度均增大;相比于单一级配支撑剂,多级配支撑剂可同时填充大裂隙和微裂隙,对全尺度裂隙均具有支撑效果;变开度裂隙中支撑剂容易在裂隙喉道处堆积,并出现砂堵现象,最后形成“峰、谷”交替的房柱式支撑方式;裂隙网络的裂隙转角处支撑剂沉降机制复杂,裂隙转角越大支撑剂越容易沉积,影响铺设效果;和水相比,二氧化碳携砂能力较差,沉积的砂堤高度最高降低66.67%;压裂液排量的增大提升了支撑剂运移距离、降低了砂堤高度,有利于支撑剂大范围的铺设;在复杂裂隙中,过高或过低的排量均导致支撑剂铺设效果不足,选择1000-2000m L/min的排量有助于提升裂隙支撑剂填充率。 (3)裂隙导流能力计算模型反映了支撑剂粒径和闭合压力对导流能力的影响,支撑剂粒径越小、闭合压力越大,裂隙导流能力越差。支撑剂对裂隙导流能力的影响主要取决于支撑剂强度、支撑剂形状、铺设层数,较大的支撑剂强度和较大的支撑剂球度易形成多孔支撑结构,有利于提升裂隙导流能力,增大铺设层数可提升裂隙开度,也促进了裂隙导流能力。裂隙网络越复杂、分支裂隙越多,在闭合压力作用下越不容易闭合,有利于压裂液在裂隙中运移。 研究结果对深入认识复杂裂隙内支撑剂运移-沉降规律及裂隙导流控制机理具有重要的意义,对干热岩压裂工艺优化和开采产能的提升具有重要的指导作用。