花崗巖熱破裂實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、高溫巖體地?zé)崾且环N新的清潔能源，高溫巖體地?zé)豳Y源的開(kāi)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(cè)試技術(shù)等。在開(kāi)發(fā)地?zé)岬倪^(guò)程中需要解決的問(wèn)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(chǔ)留層的設(shè)計(jì)以及儲(chǔ)留層的溫度場(chǎng)控制等問(wèn)題仍待研究。高溫下巖體的破裂稱作熱破裂，為了實(shí)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(duì)以上問(wèn)題，論文采用高溫三軸應(yīng)力聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)，以及聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)和滲透性實(shí)驗(yàn)、細(xì)觀CT掃描實(shí)驗(yàn)、其他相關(guān)研究的對(duì)比研究，對(duì)巖石在三軸應(yīng)力下的熱破裂規(guī)律進(jìn)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(yàn)機(jī)”進(jìn)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(shí)驗(yàn)，主要成果有: (1)通過(guò)噪聲實(shí)驗(yàn)，確定了聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)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(mén)檻值溫度為110℃-120℃左右。 (3)在實(shí)驗(yàn)的第一個(gè)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(shí)驗(yàn)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(gè)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(kāi)始階段。原巖狀態(tài)下高溫巖體的熱破裂是一個(gè)持續(xù)不斷的能量集聚和釋放的交替過(guò)程。 2)聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)結(jié)果與同等實(shí)驗(yàn)條件下的滲透性實(shí)驗(yàn)進(jìn)

5、行了對(duì)比研究，聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)結(jié)果與聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)后試樣切片的細(xì)觀CT實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了對(duì)比研究，聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)結(jié)果與其他相關(guān)研究結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比研究，主要成果有: (1)滲透率的變化和巖石內(nèi)部各個(gè)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(diǎn)有關(guān)系，對(duì)這些特點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)探討。實(shí)驗(yàn)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(guò)聲發(fā)射實(shí)驗(yàn)和滲透性實(shí)驗(yàn)的對(duì)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(shí)驗(yàn)，在所測(cè)溫度范圍內(nèi)破裂過(guò)程可分為三個(gè)階段:常溫到120℃，低滲無(wú)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(wú)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(gè)模型:微小裂紋、單一的宏觀裂隙和裂隙網(wǎng)絡(luò)，對(duì)三個(gè)模型在熱作用下的變化規(guī)律和特點(diǎn)作了論述。實(shí)驗(yàn)中真實(shí)的巖石熱破裂是這三個(gè)模型一個(gè)或者幾個(gè)的組合。 (4)通過(guò)細(xì)觀CT實(shí)驗(yàn)和陳颙[14