随着“碳中和”与“碳达峰”时间表的提出，中国亟需对现有能源结构进行改革，构建以新能源为主体的能源供给体系，推动绿色低碳技术实现重大突破，因此中国能源未来需要大力发展绿色可再生能源。其中，深部干热岩地热能可以不受季节、气候、昼夜变化等因素的限制，稳定、不间断供能，且分布广泛、储量巨大，具有极大的开发潜力。如何有效开采干热岩地热、提高干热岩地热开发利用效率，是当前亟需解决的工程技术难题。为了有效地提取干热岩的热量，需要钻探直井或水平井，并采用水力压裂技术对干热岩储层进行增渗，使其生成具有高热交换效率的复杂水力裂缝网络。在实际工程中，钻井效率低，井壁坍塌和水力压裂“注不进，压不开”等问题极大制约了干热岩的开发。这是由于干热岩处于实时高温与真三轴高地应力共同作用环境中，高温高应力下岩石的物理力学性质与压裂裂缝起裂机理发生改变，传统的理论和技术跟不上。
为解决以上问题，武汉岩土所岩体工程多场耦合效应课题组研究团队对干热岩力学特性及压裂机理进行了系统研究与分析，为建立干热岩高效安全开发技术体系提供科学依据。首先自主研发了实时高温真三轴试验系统与高温水力压裂模块（图1与图2），解决了高温环境的高应力加载与隔热、高温下减磨和对中、高温高应力下注入流体密封的难题，实现了对干热岩储层高温和三维高应力的准确模拟，目前已在中国地质科学院、青岛理工大学推广应用。
其次，基于该试验系统进行了实时高温(最高400℃)真三轴压缩试验，研究了不同温度下花岗岩力学特性随中间主应力的变化特征，并揭示了温度对中间主应力效应的影响。发现了云母矿物颗粒在高温下的韧化是造成花岗岩力学性能随温度增强的重要因素（图3），花岗岩宏观破坏特征随温度演化的总体趋势由剪切破坏为主转变为以拉伸-剪切破坏为主。
最后开展了不同真三轴应力状态下实时高温(最高300℃)水力/CO2压裂试验，并采用光学显微镜、核磁共振技术与CT扫描等观测技术，从微观到宏观研究了压裂后试样的孔隙和裂缝分布特征并揭示了高温下压裂机理的转换。高温下压裂裂缝形态发生转化，在高温下形成包含多种尺度裂隙的云状裂缝。推导了基于剪切破坏的压裂破裂压力预测模型，在干热岩中，轴向应力较大，基于拉伸破坏的破裂压力预测模型与基于剪切破坏的破裂压力预测模型计算值的差距随着温度增加而逐渐增大，在有效环向应力远未达到抗拉强度的情况下发生剪切破坏。压裂裂缝拓展能量耗散机制随温度升高发生转换，在室温下以粘性控制为主，高温下以韧性控制为主。
相关研究成果已为我国干热岩储层的高效开发利用提供了有力科学支撑，相关论文已经发表在《岩石力学与工程学报》、International Journal of Rock Mechanics and Mining Sciences、Journal of Central South University。相关研究成果由国家重点研发计划政府间国际科技创新合作重点专项项目（2022YFE0137200）资助。
论文链接：
http://rockmech.whrsm.ac.cn/CN/abstract/abstract30930.shtml
https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2020.104521
https://doi.org/10.1007/s11771-023-5221-z
https://doi.org/10.1016/j.ijrmms.2022.105313
图1 实时高温真三轴与水力/CO2压裂试验系统
图2 高温水力/CO2压裂模块
图3 云母在高温下发生韧化
图4（a）室温下与（b）300℃下的压裂曲线
图5 压裂裂缝形态：（a）室温下单一主压裂裂缝；（b）200℃下的多尺度云裂缝
图6 压裂后试样CT扫描：（a）室温；（b）300℃
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