CO2-EGS中花岗岩致裂特性研究

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CO2增强型地热系统(CO2-EGS)中CO2作用下岩石的水压破裂行为是目前工程中亟需解决的一个关键科学问题。对相关的国内外文献调研,发现流体注入地层当中,不仅仅会发生拉破坏、剪切破坏,还会伴随着拉-剪破坏,同时还发现CO2作为换热介质注入地层后岩石的破坏特性研究比较匮乏。因此,作者从福建漳州采取花岗岩露头,开展了空心圆柱法的花岗岩拉-剪破坏试验;利用自主研制的厚壁圆筒式流体致裂仪进行了不同流体(CO2、水)的水压致裂试验,研究了CO2、水入渗致裂后花岗岩的破裂特性及不同流体对花岗岩破裂特性影响的作用机理。本文主要的研究内容有:(1)对国内外CO2-EGS的调研可知,CO2-EGS无疑是目前既满足新能源发展又能减少CO2排放的方案之一,有着广阔的发展前景。在实际工程中,造缝能力是主要决定工程效率的关键因素之一,而这方面因素与地层中注入的流体密切相关。本文主要侧重于解决CO2注入地层后短期内对花岗岩破裂特性的影响。(2)流体注入地层中,不仅仅会发生单纯的拉破坏,地层中还会伴随着拉-剪破坏,这是不能忽视的,因此,本文在结合前人提出的空心圆柱间接法测量拉-剪强度基础上,进行了花岗岩拉-剪试验,利用厚壁圆筒流体致裂仪验证了花岗岩拉-剪破坏的存在,为CO2-EGS的实际应用提供了指导意义。(3)CO2与岩石接触后会发生一系列的物理化学反应,进而影响岩石的破裂特性。目前关于CO2对岩石短期作用影响的试验,其中大部分是关于砂岩、泥岩,而与本文工程中的花岗岩相关的文章却十分有限,因此,本文将采用与工程应力状态相似的厚壁圆筒法,在不同流体、不同围压条件下进行花岗岩的流体入渗致裂试验,研究短期内CO2对花岗岩致裂特性的影响。(4)从工程及室内试验中,人们发现不同流体入渗致裂岩石大多数与流体自身的物理性质有关,其中粘度是最主要的因素,本文将会对其进行验证。考虑到本文中的工程环境及对流体致裂岩石机理解释的匮乏,提出了一种从流动换热角度解释不同流体入渗致裂机理的方法,并给出了考虑热应力的水压致裂修正模型。
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