董 硕, 沙 松, 蒙世仟, 荣 冠

(1. 武汉大学 水资源与水电工程科学国家重点实验室, 湖北 武汉 430072;2. 广西壮族自治区水利电力勘测设计研究院有限责任公司, 广西 南宁 530023)

与化石能源相比,干热岩地热能是一种可再生的环境友好型能源,具有广阔的发展前景[1-2].适于开发的干热岩储存温度在150～500 ℃之间,以变质岩、结晶类岩体为主,也可见于沉积岩体[3-4].目前采用有效手段对致密的地热储层岩体进行增透处置是提高干热岩地热能开采效率的关键.与传统水力压裂相比,液氮压裂是一种新兴的无水压裂技术,液氮在大气压下约为-196 ℃,与高温岩体接触将产生强烈的冷冲击,在岩石表面产生较大的拉应力,从而造成拉伸破坏,促进裂隙网络的形成[5-8].低温液氮压裂试验结果也集中在油气资源领域,而在干热岩开发应用上还存在许多需要解决的问题.

近年来,国内外学者逐步开展了液氮对岩石的冻结损伤及压裂试验,并取得了一些研究成果.基于核磁共振技术,蔡承政等[9-12]发现液氮可对岩石的孔隙结构造成严重的破坏,且损伤程度与岩石孔隙率和饱和度呈正相关.黄中伟等[13-14]指出低温液氮冲击导致了岩石内部微观缺陷的发展,而孔隙水结冰产生的冻胀力进一步加剧了岩石的损伤程度,当液氮作为钻井液和压裂液使用时,有助于提高破岩效率.杨兆中等[15]通过研究发现液氮产生的低温损伤会导致煤岩渗透率升高,含水煤岩渗透率升高幅度大于……