热流固-损伤多场耦合作用下干热岩水力压裂特征数值模拟

摘要

水力压裂是有效开发干热岩的关键途径，核心步骤是向高温高应力地层中注入低温高压流体，冷冲击诱导热应力对干热岩裂缝起裂和扩展具有重要影响，但低温诱导热应力和地应力耦合作用下高温岩体应力场/温度场演化特征及裂缝扩展模式仍不明晰。为此，建立考虑井筒应力叠加效应、岩石热孔隙弹性效应、弹脆性破坏准则和基岩孔渗随损伤变化的热流固-损伤耦合裂缝扩展数值模型，并与井筒冷却和裂缝扩展解析解对比，验证模型的准确性。研究不同热储地应力和流体注入温度下干热岩压裂应力场/温度场演化特征和裂缝扩展模式。结果表明：裂缝起裂时，井筒周围热应力作用较强，裂缝沿各方向扩展，裂缝起裂后，裂缝扩展受原地应力场影响增强，使裂缝转向，主要沿最大主应力方向扩展，温度变化局限在井筒附近地层；温差越大，热应力越强，起裂压力越低，利于形成复杂缝网；地应力差越小(最大主应力恒定),裂缝起裂/扩展方向受地应力控制程度小，利于形成复杂缝网，应力场扰动程度大。

关键词

干热岩 / 水力压裂 / 热流固-损伤耦合模型 / 热应力 / 地应力差 / 破裂压力 / 裂缝扩展模式

基金资助

国家自然科学基金重点国际(地区)合作与交流项目(52020105001);国家自然科学基金青年科学基金项目(5230040287);国家自然科学基金重大项目(52192621); 中国博士后科学基金项目(2023M743877)