断层模式干热岩地热开采的数值模拟研究

发布时间：2022-10-04 14:10

　　干热岩地热能是极具开发前景的可再生能源,目前干热岩地热能开采大多使用增强型地热系统,在该系统中,建造人工储层非常困难且局限性较大,致使全世界至今未建成商业规模的干热岩电站。本文针对团队2008年提出的断层模式干热岩地热开发方案,以中国西藏羊八井高温地热田深层大倾角断层带作为天然的人工储层,采用三维固-流-热耦合数值模拟方法,研究断层模式干热岩地热开发过程中温度场、渗流场、固体应力场的变化规律及出力与寿命。主要工作及成果如下:1.建立了用于干热岩地热开发的拟连续介质固-流-热耦合计算模型,即温度场、固体应力场、渗流场的控制方程。分别采用有限单元法和有限体积法给出了离散方程。2.在Visual Studio2015环境下使用C++、QT、OpenGL编制了THM-FF软件,该软件用于固-流-热耦合数值计算,还具备网格划分、材料赋值、施加边界条件及指定节点或单元的数据提取等功能。3.根据西藏羊八井的断层结构,沿水平走向,间隔6000m布置一个注水井和两个生产井,形成一个独立的干热岩地热开采系统。通过THM-FF软件进行干热岩地热开发的固-流-热耦合数值计算,得到以下结论:（1）注水初期,注水... 

【文章页数】：122 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 地热资源的发展潜力
    1.2 干热岩地热开采技术研究现状
    1.3 干热岩地热开采数值模拟研究进展
    1.4 本文主要研究内容
第二章 拟连续介质固-流-热耦合数学模型
    2.1 基本假设
    2.2 固-流-热耦合数学模型
        2.2.1 基质岩块和断层岩体的变形控制方程
        2.2.2 基质岩块的温度场控制方程
        2.2.3 断层岩体的温度场控制方程
        2.2.4 断层岩体的渗流场控制方程
    2.3 小结
第三章 拟连续介质固-流-热耦合数学模型的数值解法
    3.1 有限单元法(FEM)的理论基础
        3.1.1 等参变换
        3.1.2 变分有限元法
        3.1.3 加权残差法-伽辽金法
    3.2 有限单元法的拟连续介质固-流-热耦合数值解法
        3.2.1 基质岩块和断层岩体变形控制方程的泛函及离散
        3.2.2 基质岩块热传导方程的离散
        3.2.3 断层岩体对流-传导方程的离散
        3.2.4 断层岩体水渗流方程的离散
    3.3 有限体积法(FVM)的理论基础及数值解法
        3.3.1 理论基础
        3.3.2 扩散项的离散
        3.3.3 对流项的离散
        3.3.4 边界条件处理
    3.4 固-流-热耦合程序设计
第四章 固-流-热耦合模拟软件设计与开发
    4.1 界面设计与图形技术
        4.1.1 界面设计
        4.1.2 图形技术
    4.2 前处理模块
        4.2.1 网格划分方法
        4.2.2 网格模型建立
        4.2.3 材料参数定义及赋值
        4.2.4 施加初边值条件
    4.3 求解模块
    4.4 后处理模块
    4.5 有限体积法的算例分析
第五章 西藏羊八井干热岩地热开采的数值模拟研究
    5.1 羊八井干热岩地热开发方案研究
    5.2 模型简化及初边值条件
        5.2.1 坐标模型简化
        5.2.2 初边值条件
    5.3 耦合模型的求解方法
    5.4 温度场变化规律研究
        5.4.1 垂直剖面温度场分布
        5.4.2 断层面上的温度场分布
    5.5 应力场变化规律研究
        5.5.1 垂直剖面应力场分布
        5.5.2 断层剖面应力场分布
    5.6 渗流场变化规律研究
        5.6.1 垂直剖面流场分布规律
        5.6.2 断层剖面比流量分布规律
    5.7 断层钻井处的耦合规律
        5.7.1 断层钻井处的热-固耦合规律
        5.7.2 断层钻井处的流-固耦合规律及比流量变化
第六章 西藏羊八井HDR地热开发的出力与寿命研究
    6.1 出力和寿命的影响因素及计算方法
    6.2 西藏羊八井HDR地热电站出力与寿命计算
第七章 结论与展望
参考文献
附录 有限体积法的公式补充
致谢
攻读学位期间发表的学术论文


【参考文献】：
期刊论文
[1]羊八井热电站[J]. 舟丹.  中外能源. 2018(12)
[2]干热岩地热开发实践及技术可行性研究[J]. 荆铁亚,赵文韬,郜时旺,王金意,张健.  中外能源. 2018(11)
[3]增强型地热系统:国际研究进展与我国研究现状[J]. 许天福,胡子旭,李胜涛,姜振蛟,侯兆云,李凤昱,梁旭,冯波.  地质学报. 2018(09)
[4]中国地热资源潜力评价[J]. 王贵玲,张薇,梁继运,蔺文静,刘志明,王婉丽.  地球学报. 2017(04)
[5]试论中国地热单元分级分类评价体系[J]. 何治亮,冯建赟,张英,李朋威.  地学前缘. 2017(03)
[6]干热岩资源和增强型地热工程:国际经验和我国展望[J]. 许天福,袁益龙,姜振蛟,侯兆云,冯波.  吉林大学学报(地球科学版). 2016(04)
[7]我国地热供暖的现状及展望[J]. 郭森,马致远,李劲彬,裴蓓,郑磊,李修成,张雪莲.  西北地质. 2015(04)
[8]干热岩研究现状与展望[J]. 陆川,王贵玲.  科技导报. 2015(19)
[9]中国地热资源特点与发展对策[J]. 周总瑛,刘世良,刘金侠.  自然资源学报. 2015(07)
[10]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)

博士论文
[1]高温三轴应力下花岗岩蠕变—渗透—热破裂规律与地热开采研究[D]. 张宁.太原理工大学 2013



本文编号：3685174