一种测试高温岩体热损伤过程裂缝导流能力的方法技术

本发明专利技术提供一种测试高温岩体热损伤过程裂缝导流能力的方法，涉及地热能利用技术领域，能够同时考虑到岩石弹性变形和岩石受应力发生裂缝损伤等形态变化对导流能力和取热效果的影响，提供较准确的实验岩样的裂缝导流能力测试结果。力测试结果。力测试结果。

【技术实现步骤摘要】
一种测试高温岩体热损伤过程裂缝导流能力的方法


[0001]本专利技术涉及地热能利用
，具体而言，涉及一种测试 高温岩体热损伤过程裂缝导流能力的方法。

技术介绍

[0002]地热能是一种具有重要应用价值的可再生清洁能源，地热发 电也被纳入可再生能源发电补贴项目清单。我国地热资源储量丰 富，具有巨大发电潜力，因此，加快地热资源的高效开发利用， 特别是强化系统取热的效果，对我国优化能源结构、保障国家能 源战略安全、实现低碳转型具有重大意义。
[0003]干热岩一般为变质岩或花岗岩，其岩体致密且渗透性极差， 裂缝成为取热工质(注：取热工质指水或二氧化碳)唯一的渗流 传热通道。干热岩裂缝中的取热涉及渗流、传热和应力的热流固 耦合过程。高温干热岩温度降低，显著的温差会诱发较大的热应 力，在变化的热应力和孔隙压力共同作用下，干热岩有效应力发 生改变。这种有效应力的演变对裂缝的形态可能产生两种作用： 一是岩石弹性变形，导致裂缝宽度增加，造成导流能力变大；二 是在较大的应力作用下，主裂缝胶结处破坏、裂缝扩展、微裂缝 萌生，产生附加的裂缝导流能力。
[0004]现有技术对于有效应力的演变对裂缝的形态造成的影响研究 中，大多只考虑到取热过程中裂缝宽度变化对导流能力的影响， 但是当发生裂缝的胶结处发生破坏、扩展和微裂缝等问题时，产 生的附加导流能力同样也会显著的影响到取热的效果，若不考虑 这部分的影响，测得的导流能力的结果会发生偏差。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种测试高温岩体热损伤过程裂缝导 流能力的方法，能够同时考虑到岩石弹性变形和岩石受应力发生 裂缝等形态变化对导流能力和取热效果的影响，提供较准确的实 验岩样的裂缝导流能力测试结果。
[0006]本专利技术的实施例是这样实现的：本专利技术实施例提供一种测试 高温岩体热损伤过程裂缝导流能力的方法，包括：在常温常压下 测试实验岩样的初始裂缝导流能力k0；对实验岩样进行注采冷却实 验，在注采冷却实验中获取实验岩样的裂缝法向有效应力σ
n
，根 据格里菲斯准则计算得到实验岩样的裂缝极限破坏应力σ
b
；在高 温高压下测试实验岩样的当前裂缝导流能力，计算当前裂缝导流 能力和初始裂缝导流能力k0的差值，得到实验岩样在裂缝损伤条 件下的裂缝附加导流能力k
a
；拟合以得到实验岩样在裂缝损伤条 件下的裂缝损伤附加导流能力k
a
与裂缝法向有效应力σ
n
的函数 式：k
a
＝f(σ
n
‑
σ
b
)；构建实验岩样的裂缝实时导流能力k
f
与实验岩 样的裂缝法向有效应力σ
n
的关系式：其中，C为 常数；常温下测试所述实验岩样在各围压状态下的实验岩样的裂 缝实时导流能力k
f
和实验岩样的裂缝法向有效应力σ
n
；将实验岩 样的裂缝实时导流能力k
f
和实验岩样的裂缝法向有效应力σ
n
代入 关系式拟合得到常数C的数值；将函数式和常数C的数值代入关 系
式，得到同时考虑实验岩样中裂缝宽度和裂缝损伤状态的实验 岩样裂缝导流能力。
[0007]可选地，将实验岩样的裂缝实时导流能力k
f
和实验岩样的裂 缝法向有效应力σ
n
代入关系式拟合得到常数C的数值之前，方法 还包括：对关系式进行变换，得到公式：ln(k
f
)＝ln(k0+k
a
)+cσ
n
；将 实验岩样的裂缝实时导流能力k
f
和实验岩样的裂缝法向有效应力 σ
n
代入关系式拟合得到常数C的数值包括：将实验岩样的裂缝实 时导流能力k
f
和实验岩样的裂缝法向有效应力σ
n
代入公式拟合得 到常数C的数值。
[0008]可选地，对实验岩样进行注采冷却实验包括：将实验岩样升 温至预设温度后，保温3h，并加载预设强度的三轴应力进行注采 冷却实验。
[0009]可选地，实验岩样的升温速率在3
‑
5℃/h之间。
[0010]可选地，将实验岩样置于保温箱中进行温度调控，实验岩样 在围压釜中加载三轴应力。
[0011]可选地，常压下计算各温度节点的实验岩样的裂缝实时导流 能力k
f
和实验岩样的裂缝法向有效应力σ
n
包括：在常压下，将实 验岩样加热至400℃并保温3h，恒速注入25℃清水对实验岩样降 温，实验岩样每降温25℃，获取实验岩样的进出口压力、渗流量 和岩石热应力，至实验岩样的出口温度恒定时停止获取，根据获 取的数值对应计算实验岩样的裂缝实时导流能力k
f
和实验岩样的 裂缝法向有效应力σ
n
。
[0012]可选地，在常温常压下测试实验岩样的初始裂缝导流能力k0之前，方法还包括：制备实验岩样，实验岩样为柱体，长度在 180
‑
220mm之间，直径在80
‑
120mm之间。
[0013]本专利技术实施例的有益效果包括：
[0014]本专利技术实施例提供的一种测试高温岩体热损伤过程裂缝导流 能力的方法，包括在常温常压下测试实验岩样的初始裂缝导流能 力k0；对实验岩样进行注采冷却实验，在注采冷却实验中获取实验 岩样的裂缝法向有效应力σ
n
，根据格里菲斯准则计算得到实验岩 样的裂缝极限破坏应力σ
b
；在高温高压下测试实验岩样的当前裂 缝导流能力，计算当前裂缝导流能力和初始裂缝导流能力k0的差 值，得到实验岩样在裂缝损伤条件下的裂缝附加导流能力k
a
；拟 合以得到实验岩样在裂缝损伤条件下的裂缝损伤附加导流能力k
a
与裂缝法向有效应力σ
n
的函数式：k
a
＝f(σ
n
‑
σ
b
)；构建实验岩样 的裂缝实时导流能力k
f
与实验岩样的裂缝法向有效应力σ
n
的关系 式：其中，C为常数；常温下测试所述实验岩样 在各围压状态下的实验岩样的裂缝实时导流能力k
f
和实验岩样的 裂缝法向有效应力σ
n
；将实验岩样的裂缝实时导流能力k
f
和实验 岩样的裂缝法向有效应力σ
n
代入关系式拟合得到常数C的数值； 将函数式和常数C的数值代入关系式，得到同时考虑实验岩样中 裂缝宽度和裂缝损伤状态的实验岩样裂缝导流能力。通过本专利技术 实施例的测试高温岩体热损伤过程裂缝导流能力的方法计算的实 验岩样的裂缝导流能力，同时考虑了实验岩样中裂缝受到弹性变 形导致的宽度变化对导流能力的影响，以及实验岩样在较大应力 作用下主裂缝胶结处劣等的损伤、扩展或者微裂缝的产生造成的 附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种测试高温岩体热损伤过程裂缝导流能力的方法，其特征在于，包括：在常温常压下测试实验岩样的初始裂缝导流能力k0；对所述实验岩样进行注采冷却实验，在所述注采冷却实验中获取实验岩样的裂缝法向有效应力σ
n
，根据格里菲斯准则计算得到实验岩样的裂缝极限破坏应力σ
b
；在高温高压下测试实验岩样的当前裂缝导流能力，计算所述当前裂缝导流能力和所述初始裂缝导流能力k0的差值，得到实验岩样在裂缝损伤条件下的裂缝附加导流能力k
a
；拟合以得到实验岩样在裂缝损伤条件下的裂缝损伤附加导流能力k
a
与裂缝法向有效应力σ
n
的函数式：k
a
＝f(σ
n
‑
σ
b
)；构建实验岩样的裂缝实时导流能力k
f
与实验岩样的裂缝法向有效应力σ
n
的关系式：其中，C为常数；常温下测试所述实验岩样在各围压状态下的实验岩样的裂缝实时导流能力k
f
和实验岩样的裂缝法向有效应力σ
n
；将所述实验岩样的裂缝实时导流能力k
f
和所述实验岩样的裂缝法向有效应力σ
n
代入所述关系式拟合得到常数C的数值；将所述函数式和所述常数C的数值代入所述关系式，得到同时考虑实验岩样中裂缝宽度和裂缝损伤状态的实验岩样裂缝导流能力。2.如权利要求1所述的测试高温岩体热损伤过程裂缝导流能力的方法，其特征在于，所述将所述实验岩样的裂缝实时导流能力k
f
和所述实验岩样的裂缝法向有效应力σ
n
代入所述关系式拟合得到常数C的数值之前，所述方法还包括：对所述关系式进行变换，得到公式：ln(k
f
)＝ln(k0+k
a
)+cσ

【专利技术属性】
技术研发人员：石宇，崔启亮，许富强，宋国锋，姬佳炎，李爽，雷治红，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：