煤炭学报

作者：孙勇, 翟成, 丛钰洲, 郑仰峰, 唐伟, 王帅, 来永帅, 王宇, 陈爱坤,

关键词：干热岩, 增强型地热系统, 液氮冷冲击, 孔隙结构, 力学特征, 损伤机制,

干热岩型地热能是一种清洁可再生能源，具有稳定高效、永久持续的优点，其开发的主要瓶颈是在深部低孔、低渗热储构造渗流换热裂隙通道。常规水力压裂方法在深部高应力束缚下起裂压力高，裂缝形态单一、难扩展。液氮循环冷冲击方法是通过周期向热储注入液氮，利用液氮对热储的温度冲击效应诱导强热应力，形成复杂裂隙网络。为研究温度冲击效应对干热岩的损伤破坏机制，对干热岩进行了液氮循环冷冲击处理，测试了温度分布、孔隙结构及力学特征变化，分析了“温度冲击–孔隙发育–力学损伤”级联破坏机制，结果表明：液氮冷冲击造成干热岩温度场时空剧变，降温速率高，温度梯度大，诱导热应力最高可达6.75 MPa；循环冷冲击过程干热岩孔隙数量增加，尺寸扩展，微、中孔增加最明显，孔隙率最高可达10.45%，而高温差和多冷冲击次数作用下干热岩大孔及裂隙数量增加，形成裂隙网络；这进一步导致干热岩塑性增强，抗拉强度降低，最低仅1.70 MPa，损伤阈值更小。温度冲击诱导矿物晶粒收缩，在晶粒边界产生拉伸应力，当其值超过抗拉强度，就会导致张拉裂隙产生。孔裂隙主要出现在石英晶粒边界及内部。温度是干热岩损伤的主控因素，冷冲击次数能够保证干热岩的持续损伤。矿物晶粒的热膨胀系数差异、液氮的快速降温、循环冲击的疲劳损伤作用是造成干热岩温度冲击损伤的主要原因。

来源：2024年第12期

《煤炭学报》期刊编辑部

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