岩土力学 ›› 2019, Vol. 40 ›› Issue (4): 1474-1482.doi: 10.16285/j.rsm.2017.2233

• 基础理论与实验研究 • 上一篇    下一篇

注CO2条件下花岗岩破裂特征的试验研究

徐辰宇1, 2,白 冰2,刘明泽2   

  1. 1. 湖北工业大学 土木建筑与环境学院,湖北 武汉 430068; 2. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室,湖北 武汉 430071
  • 收稿日期:2017-11-09 出版日期:2019-04-11 发布日期:2019-04-25
  • 通讯作者: 白冰,男,1980年生,博士,研究员,主要从事CCUS相关的研究。E-mail: bai_bing2@126.com E-mail:xcy378464@126.com
  • 作者简介:徐辰宇,男,1991年生,硕士研究生,主要从事CO2地质封存相关的岩石力学方面的研究工作
  • 基金资助:
    国家自然科学基金面上项目(No. 41672252);“十二五”国家科技支撑项目课题(No. 2014BAC18B01);国家重点研发计划中美清洁能源联合研究中心项目(CERC)(No. 2016YFE0102500)。

Experimental study of the fracture characteristics of granite under CO2 injection condition

XU Chen-yu1, 2, BAI Bing2, LIU Ming-ze2   

  1. 1. School of Civil Engineering and Architecture and Environment, Hubei University of Technology, Wuhan, Hubei 430068, China; 2. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China
  • Received:2017-11-09 Online:2019-04-11 Published:2019-04-25
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China (41672252), the Supporting Program of the “Twelfth Five-Year Plan” for Sci. & Tech. Research of China (2014BAC18B01) and the National Key Research and Development Plan (CERC) (2016YFE0102500).

摘要: CO2增强型采热系统(CO2-EGS)工程中CO2作用下岩石的水压破裂行为是目前亟需解决的一个关键科学问题。从福建漳州采取花岗岩露头,利用自主研制的厚壁圆筒式致裂仪进行了不同流体(CO2、水)的水压致裂试验,研究了CO2、水入渗致裂后花岗岩的破裂特征及破裂机制。研究表明:随着致裂液黏度的减小,试样破裂过程会形成更多且更曲折的微裂纹分支,这意味着,采用CO2压裂可能更有利于形成缝网,从而有助于提高增强型采热(EGS)工程中换热效率;试样的破裂压力随着致裂液黏度的减小而降低,而较低的破裂压有助于注入井的安全运行;试验结果可用从对流换热角度分析的流体岩石相互作用机制解释,进而验证了其准确性。

关键词: 破裂特征, 换热系数, 流体黏度, 水力压裂, CO2-EGS

Abstract: The hydraulic fracturing (HF) behavior under CO2 condition is a key scientific issue in CO2-enhanced geothermal system project. The granite specimen was taken from the quarry in Zhangzhou, Fujian province. HF experiments were conducted to investigate the effects of CO2 and H2O on the HF process and crack propagation by using a new independently developed hollow cylinder. This study reveals that with the decrease of the viscosity of the fracturing fluid, a greater number and more sinuous microcrack branches form in the fracture process. This indicates that CO2 fracturing may be more conducive to the formation of the crack network, which helps to increase the heat exchange efficiency in the CO2-EGS projects. The fracture pressure of the specimen decreases with decreasing the viscosity of the fracturing fluid, which leads to the safe operation of the injection well with a lower value. The experimental results consist with the interaction mechanism of fluid rock from the convective heat transfer perspective, and its accuracy is verified.

Key words: fracture characteristics, heat transfer coefficient, fluid viscosity, hydraulic fracturing, CO2-EGS

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