高温三轴应力下石灰岩热膨胀特性演化规律

石灰岩作为地下工程中常见的岩层,其热力耦合作用下热变形在核废料深层封存、煤炭地下气化、地热资源开发等高温地下工程中至关重要。利用伺服控制多功能三轴试验系统,研究了高温三轴应力状态下石灰岩热膨胀的演化规律。试验结果表明：高温三轴应力下实时升温过程中,三轴应力压缩裂隙闭合和抑制矿物颗粒膨胀,随着温度的升高微裂隙伴随不断的开闭竞争关系,石灰岩热应变曲线呈阶梯状,并随着静水压力的增大,热应变大小及阶梯波动逐渐减小。热力耦合作用下,由于石灰岩固体骨架在温度作用下发生热破裂和软化,高温阶段三轴应力对热膨胀系数抑制作用增强。500℃升温过程中石灰岩热膨胀平均系数存在阈值压力,当静水压力不小于25 MPa时,热膨胀系数显著衰减。     

裂缝后期充填花岗岩体裂缝分布特征研究

干热岩地热能作为一种绿色、可再生资源,其规模高效开发一直是世界性的研究热点。为解决完整干热岩地热EGS(enhanced geothermal system)开发所面临的热交换体积小、换热效果差等问题,深入研究深部天然干热岩体的裂缝分布特征。通过实地勘察发现,深层花岗岩体构造裂缝普遍会被热液或岩浆充填,形成裂缝后期充填花岗岩体。通过显微观测试验得出,受充填体高温作用影响,裂缝后期充填花岗岩热破裂裂缝数量随着距胶结界面距离的变化可分为裂缝数量平缓波动区、裂缝数量剧烈增加区和裂缝数量波动减小区。裂缝后期充填花岗岩主要产生长度大于50μm及长度大于100μm的微裂缝,且不同尺度裂缝数量最大值的位置皆位于距胶结界面一定距离的母岩中。当裂缝充填体厚度为3.4 cm时,裂缝充填体高温作用的单侧影响范围约为1 m。普遍赋存的裂缝充填体使花岗岩母岩形成巨大的弱面结构。通过水力压裂试验得出,弱面结构可成为水力压裂建造人工储留层的破裂通道,并且可大幅减小破裂压力,从而实现规模高效建造干热岩人工储留层。以此为基础研究干热岩地热开采中人工储留层建造新技术,即构成了干热岩地热开发的新的研究方向。     

高温三轴应力下裂隙后期充填花岗岩渗透特性试验研究EI北大核心CSCD

进行花岗岩母岩(I类花岗岩)、热液充填体(II类花岗岩)、A类裂隙后期充填花岗岩(母岩与充填体之间的胶结界面横向贯通试样,III类花岗岩)和B类裂隙后期充填花岗岩(母岩与充填体之间的胶结界面纵向贯通试样,IV类花岗岩)高温三轴应力下的渗透特性研究。得出I,II,III及IV类花岗岩渗透率随温度变化的阈值温度分别为300℃,200℃,300℃和250℃。低于阈值温度时,4类花岗岩渗透率变化不大;高于阈值温度时,4类花岗岩渗透率分别快速提高了1,3,2及3个量级,其中II,IV类花岗岩渗透率量级在450℃以上达到10-1 mD。利用显微光度计观测了裂隙后期充填花岗岩的细观结构及其在高温作用下热致裂缝数量的变化。发现300℃后长度大于200μm的大裂缝的贯通是导致I,III类花岗岩渗透率增加的原因;充填体因溶蚀作用所具有的较低的强度及劣化的力学性能是致使Ⅱ,IV类花岗岩渗透率大幅超过I,III类花岗岩的主要原因。通过水岩热对流模型分析可知,在裂隙后期充填花岗岩内进行储层建造将大幅缩减施工成本、增加储层水岩换热面积及提高热交换效率,为深层干热岩地热开采提供新的技术及理论思考。     

钻孔高压磨料射流预制裂缝的试验研究

详细介绍了后混合式高压磨料水射流割缝实验系统的结构、工作原理和试验方法及方案。利用该系统对岩石进行割缝试验可得:(1)该系统可进行高效的、远距离的以及坚硬岩石的高压磨料水射流切割;(2)磨料类型、水泵压力、割缝速度以及磨料质量浓度等参数都会影响岩石预制裂缝的效果;(3)砂岩、石灰岩、花岗岩获得较好割缝效果的试验参数为:磨料类型分别为河沙、天然棕刚玉、石榴石,气泵压力0.4~0.5MPa,水泵压力60MPa,割缝速度40cm/min,磨料质量浓度2%。对钻孔磨料射流割缝的工业实施具有重要参考价值。