【摘 要】
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目前,水力压裂技术已被广泛用于非常规油气的开发,但由于地层深部复杂地质情况的影响,以及多物理场耦合作用的存在,岩体的孔隙度、渗透率、热传导系数等参数因素都会不断发生变化,进而影响整个增强型地热系统。因此,研究热流固三场耦合作用下岩石的裂缝扩展是十分必要的,其研究结果对工程现场干热岩地下储层体积改造以及当前地热资源的开发利用具有重要意义。本文主要是通过数值模拟的手段进行研究,采用离散元法构建花岗岩数
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目前,水力压裂技术已被广泛用于非常规油气的开发,但由于地层深部复杂地质情况的影响,以及多物理场耦合作用的存在,岩体的孔隙度、渗透率、热传导系数等参数因素都会不断发生变化,进而影响整个增强型地热系统。因此,研究热流固三场耦合作用下岩石的裂缝扩展是十分必要的,其研究结果对工程现场干热岩地下储层体积改造以及当前地热资源的开发利用具有重要意义。本文主要是通过数值模拟的手段进行研究,采用离散元法构建花岗岩数值模型,研究温度变化对于花岗岩力学性质的影响及其微裂纹的萌生与扩展。运用有限元法对热流固三场耦合作用下的岩石裂缝扩展行为进行研究,并对裂缝扩展的主要影响因素进行了参数敏感性分析。最后,根据现场实际地热数据进行了干热岩储层井网压裂模拟,研究不同的布井方式以及不同的压裂井间距设置对于裂缝扩展的影响。研究结果表明,随着温度的升高,花岗岩岩石的峰值应力非线性降低,峰值应变逐渐增大,岩石脆性逐渐降低,延展性逐渐增强。在更高温度的作用下,花岗岩岩石试样破碎程度更大,但由于花岗岩的延性增大,岩体更不易发生形变。花岗岩岩石的矿物颗粒由于岩石中热裂纹的产生而相互分离,部分矿物颗粒在岩石端面处容易不受约束而发生脱落。由水力压裂作用所形成的裂缝在井筒处萌生,裂缝沿最大主应力方向扩展,裂缝并非对称扩展。岩石杨氏模量越大,储层地应力差异越大,储层温度越高,导热系数越大,岩石越容易发生破裂,压裂形成的裂缝网络越复杂。非均质地层岩石的击穿压力较低,裂纹之间更容易贯通扩展。井网压裂过程中倾斜方位布井所产生的的压裂效果最好,裂缝最容易发生起裂,应力干扰影响小,裂纹扩展所形成的损伤破坏面积更大。压裂井间距对应力阴影效应影响很大,压裂井间距越大,应力阴影效应越小,压裂所形成的裂缝网络越大,压裂效果越好。减小压裂井间距,相邻压裂井之间的井间压力急剧增加,应力阴影效应增加,抑制裂缝的扩展,且裂缝的扩展方向更容易出现偏移。
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