本文關(guān)鍵詞：高溫蒸汽作用下花崗巖熱破裂及細(xì)觀規(guī)律的試驗(yàn)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著人類(lèi)對(duì)能源需求的日益增長(zhǎng),高溫巖體地?zé)崮苓@一新型的綠色能源逐漸被各個(gè)國(guó)家所關(guān)注,并且在發(fā)達(dá)國(guó)家得到了迅速的發(fā)展。高溫巖體地?zé)崮苜Y源儲(chǔ)量之龐大,可以作為人類(lèi)可持續(xù)發(fā)展的替代能源。高溫巖體地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)涉及的領(lǐng)域很廣泛,需要的技術(shù)支持也很復(fù)雜,其最核心的技術(shù)就是人工熱儲(chǔ)構(gòu)造的設(shè)計(jì)和形成,而這將直接關(guān)系高溫巖體地?zé)岬拈_(kāi)采效率。當(dāng)前人工熱儲(chǔ)構(gòu)造的建造方法主要是水壓致裂。一般來(lái)說(shuō),水壓致裂技術(shù)只能產(chǎn)生一條垂直于最小主應(yīng)力方向的裂縫,而且本質(zhì)上只是增加了裂紋的長(zhǎng)度,對(duì)于增加裂紋的密度作用是十分有限的。因此,常規(guī)的水壓致裂技術(shù)極大地限制了水壓致裂技術(shù)的使用。但是,地?zé)衢_(kāi)發(fā)所面臨的花崗巖是在高溫下的壓裂過(guò)程,由于巖石的不均勻性,會(huì)在巖石內(nèi)部產(chǎn)生熱應(yīng)力集中而導(dǎo)致熱破裂,這將會(huì)導(dǎo)致高溫下的水壓致裂產(chǎn)生很多隨機(jī)因素。其次,如何既能改變裂紋的長(zhǎng)度,又使得裂紋密度增加并且連通成裂隙網(wǎng)絡(luò),增加熱交換面積,是值得研究的。而干熱巖原位開(kāi)采實(shí)地模擬的實(shí)驗(yàn)難度較大,所以往往采用逆向思維,本文特別運(yùn)用注入高溫高壓蒸汽的方式,模擬不均勻地應(yīng)力狀態(tài)下花崗巖的熱破裂,采用自主研制的實(shí)驗(yàn)設(shè)備,實(shí)驗(yàn)研究了花崗巖在高溫蒸汽作用下的熱破裂規(guī)律及裂紋分布規(guī)律,得出如下結(jié)論:⑴在高溫作用下,花崗巖的抗拉強(qiáng)度會(huì)極大的降低,從而降低花崗巖水壓致裂的壓裂壓力。在本次試驗(yàn)條件下,花崗巖發(fā)生脆性破裂溫度為483℃,蒸汽壓力為10.6MPa。⑵在本次實(shí)驗(yàn)條件下,花崗巖發(fā)生熱破裂的過(guò)程大致可以分為五個(gè)階段。熱破裂的閾值溫度為260℃,此溫度時(shí)裂隙大量發(fā)育,或形成貫通網(wǎng)絡(luò)。⑶高溫高壓蒸汽作用下,花崗巖除了在沿著垂直于最小主應(yīng)力方向產(chǎn)生主裂縫,還會(huì)由于熱破裂,在其它方向產(chǎn)生一定數(shù)量隨機(jī)分布的次生裂縫。本文采用特殊儀器將熱破裂后的花崗巖做了滲透率測(cè)試和縱波波速測(cè)試,從而了解其熱破裂過(guò)程中物理力學(xué)變化。得到離斷裂面最近上層花崗巖試樣縱波波速和滲透率變化最明顯,受影響最大,裂隙發(fā)育最良好,中間層的變化不明顯,但能看出裂隙的延展方向有偏移,下層試樣的影響最小。由各孔位試樣還原到花崗巖的的波速和滲透率分布圖,得到其裂紋延伸方向。本文還通過(guò)斷裂面掃描電鏡實(shí)驗(yàn),從微觀角度研究了花崗巖的破裂機(jī)理。得到花崗巖斷口形貌有顯著的脆性特點(diǎn),其斷裂形貌主要包括穿晶斷裂和沿晶斷裂。在本次實(shí)驗(yàn)條件下,還表現(xiàn)出碎裂斷口和疲勞損傷斷口等。從沿晶斷裂和穿晶斷裂的裂紋密度來(lái)判斷其不同位置的熱破裂程度。通過(guò)宏觀實(shí)驗(yàn)和理論及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的綜合分析,得到相關(guān)裂隙擴(kuò)展規(guī)律,不同方向裂縫的形成,對(duì)于形成相互連通的空間裂隙網(wǎng)絡(luò)有實(shí)際意義,從而有助于增大人工儲(chǔ)留層的熱交換面積,有助于提高地?zé)衢_(kāi)采的效率。
【關(guān)鍵詞】：花崗巖 高溫蒸汽 熱破裂 縱波波速 滲透率 掃描電鏡
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：P314;TU45
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 緒論12-25
• 1.1 概述12-15
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀15-24
• 1.2.1 巖石熱破裂的研究現(xiàn)狀15-18
• 1.2.2 巖體水壓致裂技術(shù)研究現(xiàn)狀18-19
• 1.2.3 巖石細(xì)觀結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀19-21
• 1.2.4 巖石高溫下的物理力學(xué)特性研究現(xiàn)狀21-24
• 1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容和方法24-25
• 第二章 高溫蒸汽作用下花崗巖熱破裂的實(shí)驗(yàn)研究25-38
• 2.1 引言25
• 2.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及方法25-28
• 2.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備26-27
• 2.2.2 實(shí)驗(yàn)方法27-28
• 2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析28-36
• 2.4 討論36-37
• 2.5 本章小結(jié)37-38
• 第三章 高溫蒸汽作用后花崗巖熱破裂的波速實(shí)驗(yàn)研究38-54
• 3.1 引言38
• 3.2 巖石波速傳播理論38-40
• 3.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)備40-41
• 3.4 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容41-44
• 3.4.1 巖樣制備41-44
• 3.4.2 縱波波速測(cè)量實(shí)驗(yàn)44
• 3.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析44-53
• 3.6 本章小節(jié)53-54
• 第四章 高溫蒸汽作用后花崗巖熱破裂的滲透實(shí)驗(yàn)研究54-69
• 4.1 引言54
• 4.2 基礎(chǔ)理論54-55
• 4.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容55-59
• 4.3.1 試樣制備55-56
• 4.3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備56-58
• 4.3.3 實(shí)驗(yàn)步驟58-59
• 4.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析59-67
• 4.4.1 滲透率變化規(guī)律59-63
• 4.4.2 孔隙壓與滲透率的規(guī)律63-67
• 4.5 本章小結(jié)67-69
• 第五章 高溫蒸汽作用后花崗巖斷裂面的SEM實(shí)驗(yàn)研究69-87
• 5.1 引言69
• 5.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備69-71
• 5.2.1 掃描電鏡特點(diǎn)、用途和參數(shù)69-71
• 5.2.2 掃描電鏡的原理和結(jié)構(gòu)71
• 5.3 實(shí)驗(yàn)試樣制備71-72
• 5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析72-85
• 5.4.1 斷裂面細(xì)觀形貌73-80
• 5.4.2 斷裂機(jī)理80-81
• 5.4.3 斷裂面破裂規(guī)律81-83
• 5.4.4 其他斷裂花樣83-85
• 5.5 本章小結(jié)85-87
• 第六章 結(jié)論與展望87-90
• 6.1 主要研究結(jié)論87-89
• 6.2 展望89-90
• 參考文獻(xiàn)90-95
• 致謝95-96
• 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄96

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