干热岩(HDR)作为一种分布广泛的地热资源,具有极大的开发价值。然而,干热岩储层渗透能力较低,其开发需要建立增强型地热系统(EGS),通过水力压裂方法构建人工缝网以提升储层渗透性。因此,准确表征和模拟裂隙系统对于优化干热岩开发方案、提高资源利用率具有重要意义。本文以青海共和盆地花岗岩储层为对象,结合地质统计、离散裂缝网络(DFN)建模与水力压裂数值模拟,揭示缝网形成机理,为干热岩储层改造提供理论支撑,主要内容和认识如下: 基于成像测井和地质统计,开展了共和盆地干热岩开发场地目标储层段天然裂缝表征。天然裂缝以NE、NNW、NW向为主,垂向非均质性强,密集段集中于3631~3736 m与3815~3883 m;在此基础上,采用Beacher模型构建了共和盆地干热岩储层三维DFN模型,分析了储层天然裂隙导流能力和连通性,利用Oda方法计算了储层原位渗透率,得出储层孔隙度最大仅0.012%,x、y、z方向的最大渗透率分别为0.268 m D、0.277 m D、0.135 m D,x、y方向渗透率显著高于z方向,反映裂缝对渗流的控制作用。 在干热岩开发场地现场压裂试验的基础上,系统模拟了共和盆地干热岩储层水力压裂过程中的裂缝扩展、应力场演化及渗透率变化规律。模拟得出的压裂缝网分为水力裂缝、膨胀裂缝、剪切裂缝三类。水力裂缝总体沿最大主应力方向扩展,呈现复杂的裂缝形态,储层改造体积(SRV)达2×10~7 m³以上。水力压裂导致地应力场显著扰动,最大水平主应力局部升高15 MPa,垂直主应力最大增幅达10MPa。裂缝交叉区域应力释放现象明显。压裂后,裂缝开度与导流能力大幅提升,储层渗透率增加2-3个数量级,x、y方向最大渗透率达265-267 m D,z方向提升至69.3 m D,孔隙度峰值达0.784%。渗透率增强区域与缝网分布一致,验证了裂缝对渗流通道的控制作用。 研究了天然裂缝条件、地应力条件及压裂方案对干热岩储层水力压裂改造效果的影响,揭示了多因素作用下缝网扩展规律与储层改造机制。裂缝密度对缝网形态具有显著影响,低密度储层以水力主缝主导,高密度储层则以膨胀和剪切裂缝为主;与最大主应力平行的裂缝更易开启形成膨胀缝网,垂直走向则促进剪切裂缝发育;天然裂缝倾角增大导致水力主缝长度增加,但却会降低天然裂缝张开几率;天然裂缝长度增加,水力主缝面积逐渐降低,储层改造范围增大。随着水平应力差增加,水力主缝面积逐渐增加,膨胀裂缝面积逐渐下降,储层改造体积没有显著变化;逆断层型储层主要形成水平缝网,正断层型与走滑型储层垂向裂缝扩展显著;线性或阶梯状应力增长会限制垂向裂缝扩展,但可集中改造特定层段,提升局部渗透率。模拟过程中排量3 m³/min时改造体积最大,表明存在最优排量阈值;减小间距,增加射孔点数量,缝网复杂度提升,剪切裂缝面积占比增加,但储层改造体积略有下降。