A comprehensive understanding of the physico-mechanical behavior of rocks in hot dry rock (HDR) reservoir after different stimulation treatments is essential for the safe and effective exploitation of geothermal energy. In this study, the physico-mechanical properties of high-temperature granite (25–600 °C) subjected to slow cooling, water cooling, and liquid nitrogen (LN2) cooling were experimentally investigated, and the damage evolution and damage mechanism of the rock were discussed from the macro- and microscopic perspectives. According to the experimental results, the increase in thermal treatment temperature aggravates the deterioration of the physico-mechanical properties of granite specimens. It is found that 400 °C is the threshold temperature of the tested granite, after which the physico-mechanical properties of the rock present more prominent changes. Since LN2 can induce a more intense thermal shock within rocks, it has the most significant damage to the specimens compared with other two cooling methods, especially at a higher thermal treatment temperature. Acoustic emission (AE) monitoring can well reflect the failure process and the associated microcrack behavior of the specimens during loading. The results of thin slice analysis indicate that the generation and extension of microcracks are responsible for the macro-properties degradation of rocks. Both grain boundary and intra-grain microcracks are more common near quartz boundaries and inside quartz grains. The results in this study would shed light on performing HDR reservoir stimulations assisted with cryogenic LN2.

中文翻译：

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不同冷却处理后地热储层岩石物理力学性能试验评价

全面了解干热岩 (HDR) 储层中岩石在不同增产措施后的物理力学行为对于地热能的安全有效开发至关重要。本研究通过实验研究了高温花岗岩（25-600°C）在缓冷、水冷和液氮（LN2）冷却后的物理力学特性，以及岩石的损伤演化和损伤机制。分别从宏观和微观的角度进行了讨论。实验结果表明，热处理温度的升高加剧了花岗岩试件物理力学性能的恶化。发现400°C是被测花岗岩的阈值温度，之后岩石的物理力学性质发生了更为显着的变化。由于 LN2 可以在岩石内部引起更强烈的热冲击，与其他两种冷却方法相比，它对试样的破坏最为显着，尤其是在较高的热处理温度下。声发射 (AE) 监测可以很好地反映试样在加载过程中的破坏过程和相关的微裂纹行为。薄片分析结果表明微裂纹的产生和扩展是岩石宏观性质退化的原因。晶界和晶内微裂纹在石英边界附近和石英颗粒内部更常见。这项研究的结果将阐明在低温 LN2 辅助下进行 HDR 储层增产。由于 LN2 可以在岩石内部引起更强烈的热冲击，与其他两种冷却方法相比，它对试样的破坏最为显着，尤其是在较高的热处理温度下。声发射 (AE) 监测可以很好地反映试样在加载过程中的破坏过程和相关的微裂纹行为。薄片分析结果表明微裂纹的产生和扩展是岩石宏观性质退化的原因。晶界和晶内微裂纹在石英边界附近和石英颗粒内部更常见。这项研究的结果将阐明在低温 LN2 辅助下进行 HDR 储层增产。由于 LN2 可以在岩石内部引起更强烈的热冲击，与其他两种冷却方法相比，它对试样的破坏最为显着，尤其是在较高的热处理温度下。声发射 (AE) 监测可以很好地反映试样在加载过程中的破坏过程和相关的微裂纹行为。薄片分析结果表明微裂纹的产生和扩展是岩石宏观性质退化的原因。晶界和晶内微裂纹在石英边界附近和石英颗粒内部更常见。这项研究的结果将阐明在低温 LN2 辅助下进行 HDR 储层增产。与其他两种冷却方法相比，它对试样的损伤最为显着，尤其是在较高的热处理温度下。声发射 (AE) 监测可以很好地反映试样在加载过程中的破坏过程和相关的微裂纹行为。薄片分析结果表明微裂纹的产生和扩展是岩石宏观性质退化的原因。晶界和晶内微裂纹在石英边界附近和石英颗粒内部更常见。这项研究的结果将阐明在低温 LN2 辅助下进行 HDR 储层增产。与其他两种冷却方法相比，它对试样的损伤最为显着，尤其是在较高的热处理温度下。声发射 (AE) 监测可以很好地反映试样在加载过程中的破坏过程和相关的微裂纹行为。薄片分析结果表明微裂纹的产生和扩展是岩石宏观性质退化的原因。晶界和晶内微裂纹在石英边界附近和石英颗粒内部更常见。这项研究的结果将阐明在低温 LN2 辅助下进行 HDR 储层增产。声发射 (AE) 监测可以很好地反映试样在加载过程中的破坏过程和相关的微裂纹行为。薄片分析结果表明微裂纹的产生和扩展是岩石宏观性质退化的原因。晶界和晶内微裂纹在石英边界附近和石英颗粒内部更常见。这项研究的结果将阐明在低温 LN2 辅助下进行 HDR 储层增产。声发射 (AE) 监测可以很好地反映试样在加载过程中的破坏过程和相关的微裂纹行为。薄片分析结果表明微裂纹的产生和扩展是岩石宏观性质退化的原因。晶界和晶内微裂纹在石英边界附近和石英颗粒内部更常见。这项研究的结果将阐明在低温 LN2 辅助下进行 HDR 储层增产。