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地热开发

本发明提供了一种用于模拟地热系统干热岩的注水压裂剪切试验系统及方法，其可以对大尺寸类岩石(150mm×150mm×300mm)进行不同温度、水压和应力条件下的注水压裂剪切试验，同时，利用声发射监测手段进一步揭示剪切裂纹动态演化特征和滑移破坏机制。 本发明的任务之一在于提供一种用于模拟地热系统干热岩的注水压裂剪切试验系统。 包括试件制作装置、加载加热装置、注水压裂装置及声发射监测装置，所述的试件制作装置包括石蜡倒模制作装置和大尺寸注水压裂直剪试件装置，所述的石蜡倒模制作装置包括双开不锈钢模具和紧固装置，所述的双开不锈钢模具包括垂向圆柱体和位于垂向圆柱体底部的模具腔室，所述的垂向圆柱体的顶部设置有注浆孔，所述的垂向圆柱体的上端和下端分别为模具上端柱和模具下端柱，所述的紧固装置设置有两个，分别位于所述的模具上端柱和模具下端柱处对所述的石蜡模具制作装置进行固定，通过所述的石蜡倒模制作装置制作好的石蜡倒模包括模拟注水井和预制起裂裂隙；

本发明试验系统真实反映了现场增强型地热系统(EGS)干热岩注水压裂环境，利用加热套筒模拟地下1000～3000km的60～200℃的岩体环境，轴向注水加载压头模拟了地下垂直应力，剪切加载压头模拟了深部剪切地应力，注水压裂装置模拟了现场常温水的注入压裂工程。 本发明试验系统真实反映了干热岩储层激发过程，利用预制模拟注水井模拟现场生产钻孔高压水的注入，预制起裂裂隙实现在特定区域的储层激发；受剪切加载压头影响，试件内部存在剪切应力，进而模拟了水压作用下剪切裂纹的扩展和传播，真实反映干热岩注水压裂剪切裂纹扩展机制；利用预制原生裂纹模拟现场地质环境中的断裂构造，同时可以模拟注水压裂剪切裂纹与原生断裂连接情况，侧面反映干热岩储层激发过程。 本发明试验方法，利用双开不锈钢模具和石蜡制作含注水钻孔、起裂裂纹的石蜡倒模；利用石膏、水和标准模具制作含石蜡倒模、不同形式原生裂隙的大尺寸类岩石试件；将试件安置于上下两个加热套筒中并安置于直剪试验机中，接通电源加热后将石蜡液体倒出；安装声发射传感器、注水管和滑动压板，操作试验机选择合适的注水参数、温度参数和加载应力参数进行试验。

张士川，男，山东省济宁人，1989年7月生，工学博士，现为山东科技大学矿业与安全工程学院讲师，泰山学者优势特色学科“矿业安全与环境”人才团队成员，“the International Collaboration on Coupled Fracture Mechanics Modelling”国际团队成员。2018年于山东科技大学获得采矿工程专业博士学位，2017年10月-2018年12月期间为澳大利亚联邦科学院联合培养博士生。主要研究方向为多场耦合岩石断裂力学、深部采矿工程、煤矿突水等。

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