花崗巖熱破裂實驗研究.pdf

1、高溫巖體地熱是一種新的清潔能源，高溫巖體地熱資源的開發(fā)涉及許多基礎(chǔ)學(xué)科與技術(shù)學(xué)科，如地學(xué)、熱力學(xué)、巖體力學(xué)、深部鉆井技術(shù)、材料科學(xué)、地球深部的測試技術(shù)等。在開發(fā)地熱的過程中需要解決的問題多多，大深度打鉆孔、打鉆后鉆孔的變形、水壓致裂和致裂后裂縫的穩(wěn)定工作，鉆孔與裂紋的貫通、人工儲留層的設(shè)計以及儲留層的溫度場控制等問題仍待研究。高溫下巖體的破裂稱作熱破裂，為了實際工程應(yīng)用的需要，必須要研究巖石在三軸應(yīng)力和高溫狀態(tài)下的破裂規(guī)律。 針

2、對以上問題，論文采用高溫三軸應(yīng)力聲發(fā)射實驗，以及聲發(fā)射實驗和滲透性實驗、細觀CT掃描實驗、其他相關(guān)研究的對比研究，對巖石在三軸應(yīng)力下的熱破裂規(guī)律進行了研究，得到相應(yīng)研究成果如下: 1)利用“20MN伺服控制高溫高壓巖體三軸試驗機”進行了大尺寸(φ200×400mm)花崗巖試樣在高溫恒定三軸應(yīng)力(軸壓860kN，圍壓1150kN)下的聲發(fā)射特征實驗，主要成果有: (1)通過噪聲實驗，確定了聲發(fā)射實驗中的噪聲，分析了噪聲聲發(fā)

3、射的特征參數(shù)大小及變化規(guī)律。 (2)聲發(fā)射的產(chǎn)生是由于巖石內(nèi)部局部應(yīng)力(能量)的積累、釋放造成的，在壓力和溫度作用下巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生了明顯的變化，花崗巖發(fā)生熱破裂的門檻值溫度為110℃-120℃左右。 (3)在實驗的第一個階段(常溫(24℃)到60℃)產(chǎn)生的聲發(fā)射主要是在三軸壓力下，原生裂隙整合調(diào)整造成的，不是由巖石熱破裂產(chǎn)生的。實驗中段260℃附近聲發(fā)射比較劇烈，能量比較集中，巖石內(nèi)部的結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大的破壞，或者形成了

4、較大的貫通裂紋。 (4)恒定三軸壓力下隨著溫度的升高，巖石的聲發(fā)射現(xiàn)象即破裂規(guī)律可分為5個階段:常溫(24℃)到60℃，巖石原生裂隙整合階段；60℃到120℃，熱破裂前聲發(fā)射靜默階段；120℃到260℃，熱破裂聲發(fā)射階段；260℃到340℃，大規(guī)模熱破裂后聲發(fā)射靜默階段；340℃以后，二次熱破裂開始階段。原巖狀態(tài)下高溫巖體的熱破裂是一個持續(xù)不斷的能量集聚和釋放的交替過程。 2)聲發(fā)射實驗結(jié)果與同等實驗條件下的滲透性實驗進

5、行了對比研究，聲發(fā)射實驗結(jié)果與聲發(fā)射實驗后試樣切片的細觀CT實驗進行了對比研究，聲發(fā)射實驗結(jié)果與其他相關(guān)研究結(jié)果進行了對比研究，主要成果有: (1)滲透率的變化和巖石內(nèi)部各個階段產(chǎn)生的熱破裂裂紋、滲流通道和滲流網(wǎng)絡(luò)的特點有關(guān)系，對這些特點進行了詳細探討。實驗中出現(xiàn)的“跳躍”和“回吸跳躍”現(xiàn)象的產(chǎn)生是由于滲透通道的堵塞造成的。 (2)通過聲發(fā)射實驗和滲透性實驗的對比，聲發(fā)射規(guī)律和滲透性規(guī)律存在一致性，得出了巖石的破裂規(guī)律。

6、根據(jù)滲透性實驗，在所測溫度范圍內(nèi)破裂過程可分為三個階段:常溫到120℃，低滲無熱破裂階段；120℃到260℃，滲透性增加頻繁熱破裂階段；260℃到 300℃，滲透性增大無熱破裂階段。滲透性規(guī)律比聲發(fā)射規(guī)律存在滯后性。 (3)提出了巖石熱破裂的三個模型:微小裂紋、單一的宏觀裂隙和裂隙網(wǎng)絡(luò)，對三個模型在熱作用下的變化規(guī)律和特點作了論述。實驗中真實的巖石熱破裂是這三個模型一個或者幾個的組合。 (4)通過細觀CT實驗和陳颙[14