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地热作为一种可再生的绿色能源,具有巨大的开发价值,其关键技术之一就是对EGS系统目标储层进行压裂改造。本文依托中国矿业大学自主研制的“600℃20MN高温高压岩体三轴试验机”,开展了高温岩体水压致裂的试验研究,并建立了高温条件下钻孔起裂、裂缝扩展过程的控制方程,运用数值计算软件对压裂过程进行了模拟,分析了地应力组合、温度、岩石物理力学参数等因素对压裂过程的影响,得出以下结论:(1)通过鲁灰花岗岩大试样高温三轴应力下水压致裂的试验研究,获得了不同温度条件下试样的起裂压力及裂缝扩展压力,分析了高温下起裂压力下降的原因。通过分析裂缝的扩展模式,得出了高温条件下裂缝面优先向钻孔径向扩展的结论。(2)研究了高温条件下钻孔起裂的机理,利用非傅立叶方程分析了强瞬态热传导问题,结合温度场的变化规律,建立了热冲击应力模型,使用Comsol Multiphysics求解方程,分析了热冲击应力在岩石内传播规律,结合试验结果进行对比,验证了模型的合理性。(3)分析了钻孔起裂的影响因素,给出了起裂判别式,结合试验数据分析了各因素在起裂压力中占有比重,得到了不同温度下热应力与抗拉强度变化在起裂压力中的效率,认为室温到200℃之间,抗拉强度下降是引起起裂压力下降的主控因素,200℃之后,热应力起到的作用上升至主控因素。(4)通过数值计算得到了不同温度下的温度场和热应力场在岩石内的变化规律,分析了不同地应力组合下起裂压力的变化,认为侧压系数较大时有利于钻孔起裂,同时,侧压系数在1.5及温度达到300℃时,热应力就可以使钻孔起裂,不需要压裂液增压。(5)分析了井筒方位角与不同地应力组合时对起裂压力的影响,认为井筒水平角、竖直角对起裂压力影响很大,且其敏感程度与侧压系数有关,不合理的方位角需要更高的水压才能起裂。(6)研究了高温岩体在水压作用下裂缝的扩展规律,利用热-流-固耦合控制方程,通过Comsol Multiphysics软件进行计算,分析了岩块与流体的温度场变化规律,水的热物性参数变化对裂缝内水压分布的影响。利用裂缝强度因子作为裂缝扩展的判别式,对岩体在高温条件下的裂缝扩展进行了计算,给出了不同温度下扩展压力变化规律,并与试验数据对比验证了计算方法的合理性。(7)分析了压裂液动力黏度系数与岩体弹性模量对扩展压力与裂缝形态的影响,认为动力黏度系数增大会提高裂缝扩展压力,同时裂缝宽度会增大。而岩体弹性模量越大裂缝扩展压力越小,同时裂缝宽度越窄。(8)对双裂缝储留层的地热系统进行了开采模拟,获得了储留层温度场、裂缝变形与裂缝水压力的变化规律。分析了系统出力随开采时间的变化,认为其符合拟合函数y=58.58e-0.08x。并对热能枯竭后的系统进行了恢复计算,分析认为储留层的恢复能力远小于裂缝附近,且总体上系统的恢复能力微乎其微,可认为在有限的时间内,地热系统是不可恢复的。