煤炭学报

作者：赵鹏, 冯子军, 南翰墨, 李杰,

关键词：水力剪切, 注入诱发地震, 剪切-渗流, 干热岩地热, 储层改造,

水力剪切是干热岩地热、页岩气等深部能源开采的又一重要技术手段,水力剪切在提高储层渗透性的同时还会诱发地震。水力剪切增透和注入诱发地震的本质均是节理裂隙/断层的剪切-渗流。为深入研究不同诱因下,节理裂隙/断层岩体的剪切-渗流特性演化特征,利用自主研发的高围压大位移实时剪切渗流装置,研究了花岗岩干热岩体裂隙在剪切蠕变、剪应力增加、水压力增加和位移速率增加4种诱因引起的滑动过程中的渗流特征,并利用现有的速率-状态方程分析了诱发地震过程中裂隙/断层的摩擦特性。结果表明:(1)在三轴静水压力下,花岗岩裂隙内的注水压力与注水流量之间呈线性关系,裂隙的等效张开度与渗透率随法向应力的增加呈负指数衰减特征。(2)剪切蠕变、注水压力、剪切应力速率和剪切位移速率4种诱因所引起的裂隙/断层的黏滑均导致裂隙/断层的渗透性显著增加,且滑移变形和滑移速率越大,渗透率增幅越大。4种诱因中,剪切蠕变引起的渗透率增幅最小,剪切应力速率引起的渗透率增幅最大。(3)在剪切-渗流过程中,速率-状态摩擦定律仍然可以用于分析裂隙/断层的稳定性特征,随着黏滑次数的增多,剪切应力降、b值(即摩擦因数随时间或变形的降幅)及滑移速率等摩擦参数在规则黏滑中以对数形式增长,断层滑移的不稳定程度增加;而在混沌黏滑中,上述参数符合朗格缪尔方程,并趋向于0,断层滑移的不稳定程度降低。

来源：2023年第3期

《煤炭学报》期刊编辑部

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