高溫岩體地熱開採中鑽井圍岩穩定性分析（簡體書）

《高溫巖體地熱開采中鉆井圍巖穩定性分析》較系統地介紹了作者多年來采用實驗研究、理論分析和數值模擬的方法，在高溫高壓下鉆井圍巖的熱物理力學特性、流變特性、鉆井圍巖變形破壞規律及失穩臨界條件、熱-流-固多場耦合作用下鉆井圍巖穩定性理論、高溫巖體地熱井鉆井施工及長期投入使用後鉆井圍巖的穩定性等多方面取得的主要研究成果。
全書共六章：第一章介紹了高溫巖體地熱開發利用技術以及深部鉆井技術；第二章至第四章采用實驗研究方法，給出了高溫高壓下鉆井圍巖的熱物理及力學特性、流變特性、破壞規律及失穩臨界條件；第五章給出了熱-流-固多場耦合作用下鉆井圍巖穩定性理論；第六章對高溫巖體地熱開采中，鉆進過程、裸井階段及投入運行後鉆井圍巖的穩定性等相關問題進行了研究。
《高溫巖體地熱開采中鉆井圍巖穩定性分析》可作為鉆井工程專業的本科生、研究生的教材，也可作為地質、采礦以及能源科研部門、大專院校以及從事高溫巖體地熱開發領域的工程技術人員的參考用書。

《高溫巖體地熱開采中鉆井圍巖穩定性分析》以高溫巖體地熱開采中鉆井圍巖穩定性分析作為研究課題，通過實驗研究、理論分析、數值模擬等方法，對高溫高壓下鉆井圍巖的熱物理及力學特性、熱力耦合作用下鉆井圍巖的流變特性、高溫高壓下鉆井變形破壞規律及失穩臨界條件、熱-流-固多場耦合作用下鉆井圍巖系統穩定性理論進行了系統深入的研究。該研究課題的開展對于解決深鉆施工技術難題及人類探索地球、開發地球深部的能源與資源具有重要的科學與工程意義。

序
前言
第一章 緒論
1.1 中國高溫巖體地熱資源
1.1.1 西藏羊八井地區地熱
1.1.2 云南騰沖地區地熱
1.2 高溫巖體地熱開發與利用技術
1.2.1 高溫巖體地熱開發方案
1.2.2 深部鉆井技術
1.2.3 人工儲留層建造
1.2.4 地熱穩定提取技術
1.3 高溫巖體地熱深部鉆井技術
1.3.1 高溫巖體鉆井圍巖的穩定性控制技術
1.3.2 高溫高壓下破巖技術
1.3.3 高溫鉆井液
1.3.4 鉆井結構
1.4 鉆井圍巖穩定性研究現狀
1.5 本書的主要內容

第二章 高溫高壓下鉆井圍巖的熱物理及力學特性
2.1 引言
2.2 20MN伺服控制高溫高壓巖體三軸試驗機
2.2.1 主要功能
2.2.2 主要技術參數
2.2.3 設備的構成
2.3 高溫不同埋深應力下鉆井圍巖熱彈性變形規律
2.3.1 實驗概況
2.3.2 高溫不同埋深應力下鉆井圍巖的熱彈性變形規律
2.3.3 高溫高壓下含有鉆孔的花崗巖體破壞特征
2.3.4 實驗結論
2.4 高溫高壓下鉆井圍巖的熱物理及力學參數的變化規律
2.4.1 高溫及三維應力狀態鉆孔圍巖的熱物理及力學參數確定
2.4.2 高溫下鉆孔圍巖的力學參數隨溫度的變化規律
2.4.3 高溫不同埋深應力下鉆孔圍巖的熱膨脹系數隨溫度的變化規律
2.4.4 實驗結論
2.5 高溫狀態花崗巖遇水冷卻後力學特性
2.5.1 實驗概況
2.5.2 實驗結果及其分析
2.5.3 花崗巖遇水熱破裂劣化機制
2.5.4 實驗結論

第三章 熱力耦合作用下鉆井圍巖流變特性
3.1 引言
3.2 花崗巖顯微CT細觀結構及主要成分組成
3.2.1 高精度顯微CT試驗系統
3.2.2 顯微CT細觀結構
3.2.3 主要成分組成
3.3 高溫靜水應力下鉆井圍巖的流變特性研究
3.3.1 實驗概況
3.3.2 靜水應力下鉆孔圍巖應力及變形的黏彈性分析
3.3.3 高溫靜水應力下花崗巖中鉆孔圍巖的流變特性
3.3.4 高溫靜水應力下含鉆孔的花崗巖體的流變破壞
3.4 熱力耦合作用下花崗巖流變機制
3.4.1 溫度作用下花崗巖流變過程中的熱破裂
3.4.2 溫度對花崗巖的黏滯系數、熱膨脹系數及彈性模量的影響
3.4.3 熱力耦合作用下花崗巖流變機制
3.5 熱力耦合作用下花崗巖流變模型的本構關系
3.5.1 熱力耦合作用下的流變元件
3.5.2 熱力耦合作用下花崗巖流變模型及本構方程
3.5.3 模型參數識別
3.5.4 熱力耦合作用下花崗巖流變本構關系的實驗驗證

第四章 高溫高壓下鉆井圍巖變形破壞規律與失穩臨界條件
4.1 高溫高壓下花崗巖中鉆孔穩定性實驗研究
4.1.1 實驗設備與觀測儀器
4.1.2 試件及其鉆孔制備
4.1.3 實驗步驟與觀測方法
4.1.4 實驗過程及實驗結果
4.2 高溫高壓下花崗巖中鉆孔變形破壞規律
4.2.1 高溫靜水應力下花崗巖中鉆孔變形規律
4.2.2 溫度及加載應力對花崗巖中鉆孔變形的影響
4.3 熱力耦合作用下花崗巖中鉆孔變形的時效特性
4.4 高溫高壓下花崗巖中鉆孔破壞特征
4.5 高溫高壓下鉆井圍巖穩定性與失穩臨界條件
4.5.1 4000m埋深靜水應力及400~~C以內恒溫恒壓下鉆孔變形的黏彈性分析
4.5.2 4000～5000m埋深靜水應力，400～500℃時溫恒壓下鉆孔變形的黏彈-塑性分析
4.5.3 5000m埋深靜水應力及500~~C以上鉆孔破壞
4.5.4 高溫高壓下花崗巖中鉆孔變形失穩臨界條件

第五章 熱-流-固多場耦合作用下鉆井圍巖穩定性理論
5.1 概述
5.2 熱-流-固多場耦合作用下鉆井圍巖失穩因素分析
5.2.1 鉆進過程及裸井階段鉆井圍巖失穩的主要因素
5.2.2 鉆井建成投入使用後鉆井圍巖失穩的主要因素
5.3 隨機非均質鉆井圍巖熱固耦合數學模型及其數值解法
5.3.1 基本假設
5.3.2 隨機非均質巖體熱固耦合數學模型
5.3.3 隨機非均質巖體熱固耦合數學模型的數值解法
5.3.4 非均質巖體的隨機概率分布
5.3.5 巖石熱破裂判據
5.3.6 模擬程序的編制
5.4 熱-流-固耦合作用下鉆井圍巖流變數學模型及其數值解法
5.4.1 基本假設
5.4.2 熱-流-固耦合作用下鉆井圍巖流變數學模型
5.4.3 鉆井圍巖熱-流-固耦合流變數學模型的數值解法
5.4.4 鉆井圍巖流變加速變形與流變穩定性準則
5.4.5 程序設計

第六章 高溫巖體地熱開采中鉆井圍巖穩定性數值模擬
6.1 西藏羊八井地熱深鉆與擴容
6.1.1 熱田概況
6.1.2 鉆井設計與施工
6.2 鉆進過程中鉆井圍巖穩定性數值模擬
6.2.1 物理模型建立及力學參數確定
6.2.2 花崗巖體的非均質性及其細觀單元非均質賦值
6.2.3 鉆進過程中鉆井圍巖穩定性分析
6.2.4 裸井階段鉆井圍巖穩定性分析
6.2.5 本節小結
6.3 溫度場-滲流場-應力場耦合作用下鉆井圍巖穩定性數值模擬
6.3.1 物理模型建立
6.3.2 力學參數確定
6.3.3 鉆井投入使用後鉆井圍巖穩定性分析
6.3.4 鉆井圍巖流變變形對套管的影響
6.3.5 本節小結
參考文獻~

隨著地球科學的發展和工程設施的深延，高溫高壓下巖石力學已涉及越來越多的學科，并越來越受到重視。同時，處理高溫高壓環境下的巖石力學與工程問題也是對巖石力學新的挑戰。在地熱資源開發、深部采礦、煤炭地下直接液化與氣化、煤層氣開采、深部油氣開采、高放射性核廢料的深地層處置、石油及天然氣的地下儲存、礦山安全、建筑安全等工程中，都需要考慮巖石在高溫高壓條件下的熱物理及力學性質。
高溫高壓下巖石的力學性質主要涉及高溫高壓下巖石的變形與強度特征及機制，如巖石在高溫高壓下的抗壓強度、抗剪強度、抗拉強度，變形破壞形式等；力學參數如彈性模量、泊松比與溫度的關系等。高溫高壓下巖石的熱物理性質包括巖石的熱膨脹系數、導熱系數、比熱容、熱容量、熱交換系數等。這些參數對巖體工程中溫度場的形成、溫度場的特征、熱應力的計算以及熱破壞等是非常重要的，是高溫巖體地熱開發中相關數值模擬計算的基礎參數，它的準確程度直接影響到數值模擬計算結果的可靠性。巖石是由多種礦物顆粒組成的，在受熱的條件下，由于組成巖石的各種礦物熱膨脹不同，礦物邊界會出現裂紋，引起巖石內部裂縫的擴展，使得裂縫相互連通成裂縫網絡，從而引起巖石物理性質的變化，這就是巖石的熱破裂現象。熱破裂在地熱資源的開發、采礦及核廢料的儲存乃至材料科學等諸多領域具有重要的理論意義和應用價值。