围压条件下电脉冲破碎干热岩机理

简介

干热岩储集层具有埋深大、温度高、岩石硬度高、研磨性强、可钻性差、地层环境复杂多变且施工难度大等特点,现有钻井技术难以满足地热资源的有效开发。利用高压电脉冲破岩技术开采干热岩热能有利于避免机械钻井过程中钻头磨损的问题,但其破岩机理尚不清楚。为此,基于离散元颗粒流GBM和等离子体通道路径生成的概率发展模型建立了电脉冲破岩热—力耦合模型,并就围压—液柱压力范围介于5~25 MPa,围压—液柱压力比K介于0.05~20时的花岗岩进行电脉冲破碎后产生的裂纹类型及数量、破碎体积分数分析。研究结果表明:①电脉冲破碎花岗岩后,花岗岩内部产生了晶内拉伸、晶内剪切、晶间拉伸与晶间剪切4种微观裂纹,并以前3种裂纹为主;②当K≥1,且围压大于15 MPa时会促进花岗岩的电脉冲破碎,随围压的增大,晶间拉伸裂纹的萌生和扩展得到加强;③K<1时,对于不同的K值,各个类型的裂纹数量曲线呈现出不同的形态,并且产生的裂纹总数少;④在围压处于很低水平时,无论液柱压力如何变化,相对于围压较大的情况电脉冲破岩效率会更高,破碎体积分数更大。结论认为,利用高压电脉冲对岩石进行破碎,是一种新型的破岩方式,围压条件下电脉冲破碎干热岩机理的揭示,为干热岩的高效钻井开发提供了理论支撑和技术参考。