这篇文档属于类型a，即报告了一项单一原创研究的学术论文。以下是针对该研究的学术报告：

主要作者及研究机构
本研究的作者包括Zhiyu Tan、Guoqiang Fu*、Tianyu Bai、Fan Xiao和Xiaoge Wu。他们分别来自中国矿业大学资源与地球科学学院（中国江苏徐州，221116）和中国石油天然气集团公司中油国际管道公司（中国北京，102206）。该研究发表在《Energy Science & Engineering》期刊上，稿件编号为ese-2024-12-0853，由Wiley出版，属于建模与分析类研究。

学术背景
本研究的主要科学领域是地热能开发，特别是针对增强型地热系统（Enhanced Geothermal System, EGS）中的水力压裂技术。随着传统化石能源的枯竭和气候变化的负面影响，能源结构改革迫在眉睫，地热能作为一种清洁、可再生的能源资源备受关注。干热岩（Hot Dry Rock, HDR）是地热能的一种重要形式，其储量丰富且分布广泛，但由于其埋藏深、孔隙度和渗透率极低，直接获取其热能存在困难。EGS技术通过水力压裂等方法在高温岩层中人工制造储层，形成复杂的裂缝网络，从而提高热储层的渗透率，实现高效热能提取。

干热岩的水力压裂过程实际上是一个多物理场耦合的过程，涉及热传递场、渗流场、应力场和损伤场的相互作用。然而，干热岩的高温和复杂的地应力环境使得水力压裂的扩展行为难以控制和监测。因此，研究干热岩水力压裂的起裂和扩展机制具有重要的学术和工程意义。本研究选择了碳酸盐型干热岩作为研究对象，旨在通过实验和数值模拟研究不同地应力条件、温度条件和注入参数对水力压裂行为的影响，为EGS工程的参数设计提供指导。

研究流程
本研究主要包括以下几个步骤：
1. 岩石参数测试
研究从中国江苏淮安盱眙地区的露头区采集了碳酸盐岩样本，样本外观呈灰色，难以区分石灰岩和白云岩。样本被切割、抛光并加工成立方体核心（100mm×100mm×100mm）和圆柱体标准核心（ф25×10mm和ф25×50mm）。立方体样本用于真三轴水力压裂实验，圆柱体样本用于测试岩石的力学参数。样本处理符合国际岩石力学学会的标准要求。实验包括单轴压缩试验、巴西劈裂试验、孔隙度和渗透率测试等。实验后，取样本碎片制成薄片进行矿物成分测试，结果显示岩石由60.2%的白云石、39.3%的方解石和0.5%的石英组成。

1. 水力压裂实验
   实验使用中国矿业大学自主研发的实时高温高压真三轴压裂与渗流一体化测试装置进行。实验设计参考了Zhou（2021）和Cheng（2020）等人的研究，设置三轴应力为σh=5MPa、σH=10MPa、σv=15MPa，岩石样本温度为200℃，注入流量为15ml/min。实验过程中，记录了注入压力-时间曲线，并观察了压裂后的裂缝形态。实验结果显示，岩石样本在三轴应力下产生了新的裂缝，裂缝从井筒开始向两侧扩展，并略微偏转。

2. 数值模型建立与验证
   基于实验获得的参数，研究建立了热-水-力-损伤（Thermal-Hydrologic-Mechanical-Damage, THMD）耦合模型。模型假设碳酸盐岩材料为连续且各向同性的多孔介质，岩石的力学响应遵循最大拉应力准则和莫尔-库仑准则。模型的准确性通过实验验证，结果表明数值模拟与实验结果在破裂压力和裂缝形态上基本一致，验证了模型的准确性。

3. 参数敏感性分析
   研究通过控制变量法，分析了温度、地应力条件和注入流量对碳酸盐岩水力压裂行为的影响。具体包括：

   • 温度影响：设置岩石温度为100℃、200℃和300℃，研究温度对裂缝扩展和破裂压力的影响。
     
   • 注入流量影响：设置注入流量为10ml/min、15ml/min和20ml/min，研究流量对裂缝长度和破裂压力的影响。
     
   • 地应力影响：设置不同的地应力条件（6MPa/9MPa、8MPa/12MPa、10MPa/15MPa），研究地应力对裂缝扩展和破裂压力的影响。

主要结果
1. 温度影响
随着温度升高，裂缝长度和开口显著增加，且在高温度下岩石中会生成大量微裂缝。岩石温度从100℃升至300℃时，破裂压力从12.68MPa降至9.12MPa，降低了28.1%。这是由于低温液体注入高温岩石时产生的热应力导致岩石损伤，且温度升高会降低岩石的抗拉强度。

1. 注入流量影响
   注入流量的增加显著增加了裂缝长度和开口，但也提高了破裂压力。当注入流量从10ml/min增至30ml/min时，裂缝长度从4.31cm增至8.19cm，增加了90.52%，但破裂压力也从12.68MPa增至18.79MPa，增加了48.2%。这是由于短时间内注入更多液体会增加岩石孔隙和裂缝内的压力。

2. 地应力影响
   地应力的增加限制了裂缝的扩展，并提高了破裂压力。当地应力从6MPa/9MPa增至10MPa/15MPa时，破裂压力从6.63MPa增至12.68MPa，增加了91.2%。高应力条件下，岩石的力学参数（如抗拉强度、抗压强度和断裂韧性）增加，使得岩石压裂更加困难。

结论与意义
本研究通过实验和数值模拟，揭示了碳酸盐型干热岩水力压裂过程中温度、地应力和注入参数对裂缝扩展和破裂压力的影响规律。研究结果表明，高温条件下岩石更易形成复杂裂缝网络，而高注入流量和地应力则会增加压裂难度。这些结果为EGS工程中的参数设计提供了理论支持，有助于提高地热开发的效率。

研究亮点
1. 研究对象创新：本研究首次针对碳酸盐型干热岩进行水力压裂研究，填补了该领域的空白。
2. 模型创新：建立了热-水-力-损伤（THMD）耦合模型，首次全面考虑了热应力对水力压裂行为的影响。
3. 实验与模拟结合：通过实验验证了数值模型的准确性，确保了研究结果的可靠性。

其他有价值内容
本研究还指出，未来的研究应进一步考虑天然裂缝和孔洞对人工裂缝的影响，以更真实地模拟地下热储层的水力压裂过程。

这篇报告详细介绍了研究的背景、流程、结果和意义，为其他研究者提供了全面的参考。