Characteristics of large⁃displacement based dynamic shearing⁃flow through the fractures in the granitic hot dry rock mass
赵鹏冯子军南翰墨李杰
ZHAO Peng;FENG Zijun;NAN Hanmo;LI Jie
太原理工大学矿业工程学院太原理工大学原位改性采矿教育部重点实验室
水力剪切是干热岩地热、页岩气等深部能源开采的又一重要技术手段,水力剪切在提高储层渗透性的同时还会诱发地震。水力剪切增透和注入诱发地震的本质均是节理裂隙/ 断层的剪切-渗流。为深入研究不同诱因下,节理裂隙/ 断层岩体的剪切-渗流特性演化特征,利用自主研发的高围压大位移实时剪切渗流装置,研究了花岗岩干热岩体裂隙在剪切蠕变、剪应力增加、水压力增加和位移速率增加4 种诱因引起的滑动过程中的渗流特征,并利用现有的速率-状态方程分析了诱发地震过程中裂隙/ 断层的摩擦特性。结果表明:① 在三轴静水压力下,花岗岩裂隙内的注水压力与注水流量之间呈线性关系,裂隙的等效张开度与渗透率随法向应力的增加呈负指数衰减特征。② 剪切蠕变、注水压力、剪切应力速率和剪切位移速率4 种诱因所引起的裂隙/ 断层的黏滑均导致裂隙/ 断层的渗透性显著增加,且滑移变形和滑移速率越大,渗透率增幅越大。4 种诱因中,剪切蠕变引起的渗透率增幅最小,剪切应力速率引起的渗透率增幅最大。③ 在剪切-渗流过程中,速率-状态摩擦定律仍然可以用于分析裂隙/ 断层的稳定性特征,随着黏滑次数的增多,剪切应力降、b 值(即摩擦因数随时间或变形的降幅)及滑移速率等摩擦参数在规则黏滑中以对数形式增长,断层滑移的不稳定程度增加;而在混沌黏滑中,上述参数符合朗格缪尔方程,并趋向于0,断层滑移的不稳定程度降低。
水力剪切注入诱发地震剪切-渗流干热岩地热储层改造
hydro⁃shearing;injection⁃induced seismicity;shearing⁃flow;hot dry rock geothermal energy;reservoir mod⁃ ification
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