温度冲击效应诱导干热岩孔裂隙结构演化及损伤破坏机制 - 孙勇; 翟成; 丛钰洲; 郑仰峰; 唐伟; 王帅; 来永帅; 王宇; 陈爱坤 (煤炭学报, 2024)
TD989; 干热岩型地热能是一种清洁可再生能源,具有稳定高效、永久持续的优点,其开发的主要瓶颈是在深部低孔、低渗热储构造渗流换热裂隙通道.常规水力压裂方法在深部高应力束缚下起裂压力高,裂缝形态单一、难扩展.液氮循环冷冲击方法是通过周期向热储注入液氮,利用液氮对热储的温度冲击效应诱导强热应力,形成复杂裂隙网络.为研究温度冲击效应对干热岩的损伤破坏机制,对干热岩进行了液氮循环冷冲击处理,测试了温度分布、孔隙结构及力学特征变化,分析了"温度冲击-孔隙发育-力学损伤"级联破坏机制,结果表明:液氮冷冲击造成干热岩温度场时空剧变,降温速率高,温度梯度大,诱导热应力最高可达 6.75 MPa;循环冷冲击过程干热岩孔隙数量增加,尺寸扩展,微、中孔增加最明显,孔隙率最高可达 10.45%,而高温差和多冷冲击次数作用下干热岩大孔及裂隙数量增加,形成裂隙网络;这进一步导致干热岩塑性增强,抗拉强度降低,最低仅 1.70 MPa,损伤阈值更小.温度冲击诱导矿物晶粒收缩,在晶粒边界产生拉伸应力,当其值超过抗拉强度,就会导致张拉裂隙产生.孔裂隙主要出现在石英晶粒边界及内部.温度是干热岩损伤的主控因素,冷冲击次数能够保证干热岩的持续损伤.矿物晶粒的热膨胀系数差异、液氮的快速降温、循环冲击的疲劳损伤作用是造成干热岩温度冲击损伤的主要原因.