基于离散裂缝模型的CO 2 增强型地热系统THM耦合数值模拟
发布时间：2021-12-18 20:15
增强型地热系统（EGS）是实现干热岩地热能资源开发利用的关键技术。以二氧化碳为载热工质的新型增强型地热系统（CO2-EGS）具有节能、高效及温室气体减排的多重优势。应用分形几何理论构建考虑裂缝长度、密度和连通性不同参数组合的离散裂缝模型,基于局部非等温热平衡理论建立CO2在裂缝系统内渗流-传热-应力多物理场耦合数学模型,并进行有限元数值求解。结果表明:热储裂缝特征参数、空间拓扑结构和注采压力是影响CO2-EGS运行寿命及采热效率的关键因素;高穿透系数裂隙系统匹配高注采压差可获得较高采热效率,而低穿透系数裂隙系统采热效率随注采压差升高而降低;裂隙静态特征参数与注采井压差的合理匹配是实现CO2-EGS采热效率最大化的关键因素。
【文章来源】：中国石油大学学报(自然科学版). 2020,44(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
不同特征参数下的裂缝网络示例
如果岩石内部未形成贯通的流动通道,岩石的等效渗透率则接近基质渗透率,与内部的孤立裂缝的渗透率无关。在开发过程中,注入流体的压力作用以及岩石的热膨胀效应使裂缝受到拉应力而扩张,裂缝渗透率增大,最终使岩石整体等效渗透率呈上升的趋势。为探究CO2-EGS开发全过程的岩石渗透性变化,针对图1所示的裂缝网络,绘制了不同注入压力下岩石等效渗透率在模拟时间内的变化,如图3所示。可以看出,不同特征参数的裂缝网络在模拟时间内等效渗透率均趋于定值,达到稳态。生产压差越大,达到稳态的时间越短,但是在稳态时岩石的等效渗透率峰值基本不变。这说明在本次模拟中,注入压力变化对岩石等效渗透率的影响非常微小。图3 不同注入压力下裂缝网络在模拟时间内岩石等效渗透率变化
图2 不同特征参数下5×105 s时的温度场分布图4为pin=76.00 MPa时,终止模拟时刻和起始模拟时刻岩石等效渗透率与穿透系数关系的对比。裂缝网络的裂缝密度I越大或长度指数a越小,穿透系数P越大。图4中的岩石等效渗透率与穿透系数呈良好的正相关关系。当裂缝网络未形成贯穿通道时(P<Pc),岩石的等效渗透率几乎等于基质渗透率;当裂缝网络开始形成贯穿通道时(P>Pc),岩石的等效渗透率大幅度提升。在岩石的热量全部被抽汲完全后,岩石的等效渗透率相比未开发时增大了10～20倍。对于P=15.5和P=16的两种裂缝网络,二者的穿透系数相近,但裂缝密度低长度指数小的岩石(P=15.5)的等效渗透率增大倍数明显高于裂缝密度高长度指数大的岩石。这说明在前者的裂缝网络中,虽然裂缝密度低,但裂缝长度较长,有效裂缝占比大,热应力作用的损失小。在后者的裂缝网络中,即使裂缝密度比较大,但较短的裂缝难以搭建贯穿的流通通道,使大量的热应力作用消耗在孤立裂缝上,对整体渗流没有贡献。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于局部热非平衡的含裂缝网络干热岩采热性能模拟[J]. 曲占庆,张伟,郭天魁,孙江,巩法成,田雨,李小龙. 中国石油大学学报(自然科学版). 2019(01)
[2]增强型地热系统热流固耦合模型及数值模拟[J]. 孙致学,徐轶,吕抒桓,徐杨,孙强,蔡明玉,姚军. 中国石油大学学报(自然科学版). 2016(06)
[3]注超临界CO2开采高温废弃气藏地热机制与采热能力分析[J]. 任韶然,崔国栋,李德祥,庄园,李欣,张亮. 中国石油大学学报(自然科学版). 2016(02)
[4]增强型地热系统热流耦合水岩温度场分析[J]. 胡剑,苏正,吴能友,翟海珍,曾玉超. 地球物理学进展. 2014(03)
[5]二维裂隙岩体渗流传热的离散裂隙网络模型数值计算方法[J]. 陈必光,宋二祥,程晓辉. 岩石力学与工程学报. 2014(01)
[6]二氧化碳增强型地热系统的研究进展[J]. 张炜,许天福,吕鹏,王淑玲. 地质科技情报. 2013(03)
[7]增强型地热系统(干热岩)开发技术进展[J]. 许天福,张延军,曾昭发,鲍新华. 科技导报. 2012(32)
[8]增强型地热系统开发技术研究进展[J]. 王晓星,吴能友,苏正,曾玉超. 地球物理学进展. 2012(01)
[9]增强型地热系统（EGS）资源开发利用研究[J]. 张建英. 中国能源. 2011(01)
本文编号：3543105
【文章来源】：中国石油大学学报(自然科学版). 2020,44(06)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
不同特征参数下的裂缝网络示例
如果岩石内部未形成贯通的流动通道,岩石的等效渗透率则接近基质渗透率,与内部的孤立裂缝的渗透率无关。在开发过程中,注入流体的压力作用以及岩石的热膨胀效应使裂缝受到拉应力而扩张,裂缝渗透率增大,最终使岩石整体等效渗透率呈上升的趋势。为探究CO2-EGS开发全过程的岩石渗透性变化,针对图1所示的裂缝网络,绘制了不同注入压力下岩石等效渗透率在模拟时间内的变化,如图3所示。可以看出,不同特征参数的裂缝网络在模拟时间内等效渗透率均趋于定值,达到稳态。生产压差越大,达到稳态的时间越短,但是在稳态时岩石的等效渗透率峰值基本不变。这说明在本次模拟中,注入压力变化对岩石等效渗透率的影响非常微小。图3 不同注入压力下裂缝网络在模拟时间内岩石等效渗透率变化
图2 不同特征参数下5×105 s时的温度场分布图4为pin=76.00 MPa时,终止模拟时刻和起始模拟时刻岩石等效渗透率与穿透系数关系的对比。裂缝网络的裂缝密度I越大或长度指数a越小,穿透系数P越大。图4中的岩石等效渗透率与穿透系数呈良好的正相关关系。当裂缝网络未形成贯穿通道时(P<Pc),岩石的等效渗透率几乎等于基质渗透率;当裂缝网络开始形成贯穿通道时(P>Pc),岩石的等效渗透率大幅度提升。在岩石的热量全部被抽汲完全后,岩石的等效渗透率相比未开发时增大了10～20倍。对于P=15.5和P=16的两种裂缝网络,二者的穿透系数相近,但裂缝密度低长度指数小的岩石(P=15.5)的等效渗透率增大倍数明显高于裂缝密度高长度指数大的岩石。这说明在前者的裂缝网络中,虽然裂缝密度低,但裂缝长度较长,有效裂缝占比大,热应力作用的损失小。在后者的裂缝网络中,即使裂缝密度比较大,但较短的裂缝难以搭建贯穿的流通通道,使大量的热应力作用消耗在孤立裂缝上,对整体渗流没有贡献。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于局部热非平衡的含裂缝网络干热岩采热性能模拟[J]. 曲占庆,张伟,郭天魁,孙江,巩法成,田雨,李小龙. 中国石油大学学报(自然科学版). 2019(01)
[2]增强型地热系统热流固耦合模型及数值模拟[J]. 孙致学,徐轶,吕抒桓,徐杨,孙强,蔡明玉,姚军. 中国石油大学学报(自然科学版). 2016(06)
[3]注超临界CO2开采高温废弃气藏地热机制与采热能力分析[J]. 任韶然,崔国栋,李德祥,庄园,李欣,张亮. 中国石油大学学报(自然科学版). 2016(02)
[4]增强型地热系统热流耦合水岩温度场分析[J]. 胡剑,苏正,吴能友,翟海珍,曾玉超. 地球物理学进展. 2014(03)
[5]二维裂隙岩体渗流传热的离散裂隙网络模型数值计算方法[J]. 陈必光,宋二祥,程晓辉. 岩石力学与工程学报. 2014(01)
[6]二氧化碳增强型地热系统的研究进展[J]. 张炜,许天福,吕鹏,王淑玲. 地质科技情报. 2013(03)
[7]增强型地热系统(干热岩)开发技术进展[J]. 许天福,张延军,曾昭发,鲍新华. 科技导报. 2012(32)
[8]增强型地热系统开发技术研究进展[J]. 王晓星,吴能友,苏正,曾玉超. 地球物理学进展. 2012(01)
[9]增强型地热系统（EGS）资源开发利用研究[J]. 张建英. 中国能源. 2011(01)
本文编号：3543105
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