高温对不同粒径花岗岩剪切特性影响研究

在干热岩水力压裂过程中,高温会弱化热储岩体裂隙壁面强度从而表现出裂隙错动的行为特征,而这种弱化现象与黏聚力和内摩擦角的热变特性相关,因此,了解花岗岩在高温下的力学特性对于干热岩开发过程中热储岩体的稳定性评价具有重要意义。在不同高温条件下进行了粗、细颗粒花岗岩变角剪切试验(45°、55°、65°),分析了高温对不同粒径花岗岩黏聚力和内摩擦角的影响,结合扫描电镜与低场核磁共振试验,进一步研究了热力耦合作用对花岗岩微裂纹与孔隙结构演化规律的影响。研究结果表明:花岗岩的黏聚力随温度升高呈现先增加后降低的趋势,内摩擦角变化规律受温度影响较小,300℃为花岗岩黏聚力发生转化的阈值温度。在温度阈值前,粗颗粒花岗岩黏聚力增幅约为细颗粒花岗岩的5.73倍,温度强化效应对粗颗粒花岗岩影响更为显著。随着温度的升高,花岗岩微裂纹形式由晶内裂纹向沿晶裂纹发展。核磁共振T2谱曲线存在多个间断性峰值,温度升高使粗颗粒花岗岩大孔隙受到压实作用,导致弛豫效应减弱,而热力耦合作用对细颗粒花岗岩大孔隙发展影响有限。该研究结果有望为干热岩热储岩体稳定性评价提供参考。