岩土力学 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (10): 3633-3650.doi: 10.16285/j.rsm.2025.1171CSTR: 32223.14.j.rsm.2025.1171
禹海涛1, 2,张改2,闫晓3,姜文河2,王海波4,李栓5
YU Hai-tao1, 2, ZHANG Gai2, YAN Xiao3, JIANG Wen-he2, WANG Hai-bo4, LI Shuan5
摘要:
目前干热岩(hot dry rock,简称HDR)地热储层开发主要采用水-增强型地热系统(enhanced geothermal system,简称EGS)和CO2-EGS两种技术手段。高温干热岩储层中天然裂缝的存在显著影响压裂裂缝扩展,并且裂缝之间的相互作用与压裂液的性质密切相关。然而,与传统水力压裂相比,干热岩储层超临界CO2(supercritical CO2,简称ScCO2)压裂裂缝与天然裂缝相互作用模式及其机制尚不明晰,且缺乏对水和ScCO2压裂裂缝与天然裂缝相交模式的差异性研究。为此,建立了分别考虑水和ScCO2作用下的岩体热-流-固-损伤耦合模型,通过物理试验验证了数值模型模拟压裂裂缝扩展及相交模式的正确性,并开展了不同原地环境(水平应力差、天然裂缝倾角、胶结强度)和施工条件(注入温度、注入速率)下的压裂模拟。结果表明,裂缝相交模式可分为沿天然裂缝转向、偏移交叉与穿透天然裂缝3种类型。与注入低温水相比,低温ScCO2诱导热应力使得注入温度每降低10 ℃,裂缝的平均起裂压力和平均扩展压力分别降低了17.86%和0.9%。高温环境下ScCO2远比水更能有效渗透至微孔隙并连通天然裂缝,使得不同储层水平地应力差、天然裂缝逼近角及注入速率变化条件下,更易激活天然裂缝并形成交叉裂缝。此外,ScCO2压裂适用于深部高温、天然裂缝发育且胶结强度中低的干热岩储层;而水力压裂则更适合于需产生定向裂缝扩展路径的高胶结或高应力差井段。该研究成果对合理选择干热岩压裂液并改善裂缝网络形态具有理论指导意义。
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