干热岩因其具有高效、清洁和储量丰富等优点,一直被认为是一种极具潜力的可开采能源。然而,在钻井过程中,冷流体与高温井壁接触引发的冷冲击效应会导致井壁围岩物理性质和力学性质发生劣化,导致井壁变化甚至井下事故的发生。采热过程中,热储层裂缝参数、系统参数和储层温度分布将直接影响热能开采效率。针对上述问题,本文研究了不同冷冲击作用下干热岩物理性质、力学性质及井壁的变化规律,揭示了干热岩损伤机制;建立了干热岩地热开采模型,研究了增强型地热系统(EGS)在采热过程中的储层裂缝参数和系统参数对采热效率的影响规律,并提出了基于敏感性分析的参数优化方案。获得主要结论如下: (1)当花岗岩温度在400~600℃时,花岗岩的物理性质(渗透率、质量和体积)、力学性质和微观结构均发生跳跃式变化,因此推断该花岗岩的温度阈值区间为400~600℃。且高温花岗岩在三种冷却方式下物理性质、力学性质及微观结构的变化幅度为,液氮冷却>水冷却>自然冷却。 (2)基于热-流-固耦合理论,建立了热-流-固耦合的干热岩井壁模型。数值研究表明:当冷流体冲击高温井壁200秒时,井壁温度急剧下降,径向应力和环向应力逐渐减小,损伤沿井壁最小水平应力方向逐渐下降。当冷冲击500秒时,井壁温度下降速度减缓且向井壁内部扩展,环向应力减小速率大于径向应力减小速率,损伤也逐渐扩展至井周。且降温速率、应力减小速率和损伤增大速率顺序为:液氮冷却>水冷却>自然冷却。 (3)基于动态的孔隙度和渗透率方程,建立了二维地热开采数值模型。模拟结果表明:增大井间压差、缩短井间距离、增加裂缝数量或裂缝长度,能够有效提升地热采热功率,但会缩短开采年限;而提高注入温度和优化裂缝方向有助于延长采热时间,但会降低采热功率。基于灰色关联度方法,对各参数的影响程度进行了定量分析,井间距离和裂缝长度对出口水温度影响程度最大,其关联度分别为0.8285和0.8365,井间压差和裂缝数量对采热功率影响程度最显著,其关联度为0.8283和0.8245。