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作者
孙勇 翟成 丛钰洲 郑仰峰 唐
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单位
中国矿业大学低碳能源与动力工程学院中国矿业大学安全工程学院
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摘要
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。基于此,有学者提出了液氮循环冷冲击方法,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,主要结论如下: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6.75MPa;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,孔隙度最高可达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1.70MPa,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。
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关键词
干热岩增强型地热系统液氮冷冲击孔隙结构力学特征损伤机制
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文章目录
1试验介绍
1.1试样制备
1.2试验设备
1.3试验流程
2试验结果
2.1液氮冷冲击过程的岩心温度变化
2.2液氮循环冷冲击过程的岩心孔裂隙结构演化
2.3液氮循环冷冲击过程的岩心拉伸力学特性演化
3分析与讨论
3.1温度和冷冲击次数对干热岩损伤的影响程度
3.2微观孔裂隙结构与宏观力学损伤之间的关联
3.3循环高温-液氮冷冲击干热岩损伤机理
3.4干热岩热储液氮冷冲击现场改造的启示、挑战和对策
4结论
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引用格式
孙勇,翟成,丛钰洲,等.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[J/OL].煤炭学报,1-19[2024-08-21].https://doi.org/10.13225/j.cnki.jccs.2024.0072.