地热能开采过程多场耦合数值模拟与分析

发布时间：2020-05-06 19:11

【摘要】：干/湿热岩作为深部地热能的一种储藏形式,具有能量大、无污染等特点。各国先后开展了干/湿热岩地热发电实验和商业运作。学习各国在干/湿热岩地热能开发方面的先进经验,开展水力压裂及地热能开采方面数值仿真和分析,可以为我国高温地热能源的开发和利用提供指导性建议。本论文在做了大量调研的基础上,以法国Soultz地热田为例,基于多场耦合理论,开展了储层改造和地热能开采的数值模拟与分析工作,重点围绕干/湿热岩地热能开发储层改造和地热能开采两个过程开展研究,以期为干/湿热岩储层改造技术,地热能开采方案优化提供参考。论文的主要研究内容和结论如下:(1)裂隙岩体非连续渗透性一般可等效为具有相同渗透系数张量的连续多孔介质。本文介绍了确定计算渗透率的两种方法,可以通过裂缝宽度计算,也可以建立渗透率与主应力差的函数关系,并将该关系式代入COMSOL有限元软件中开展数值模拟和分析。(2)介绍了固流热两场或三场耦合的数学模型和计算方法,并建立了数值分析模型。数值分析结果表明:应力场对于温度场分布影响不大。但应力可以通过影响孔隙压力梯度(或水力梯度),进而影响渗流速度的大小和方向。当应力使地下水渗流速度增大时,水流与围岩体的热量交换增加,导致围岩体温度场的重新分布。(3)利用Soultz地热田场地数据建立起变渗透率的热流固三场耦合模型,模拟水力压裂过程中储层渗透率和温度变化过程,分析结果表明,热刺激对于水力压裂的结果有着重要的影响。(4)利用Soultz地热田场地数据建立了地热能开采模型,分析不同储层参数和生产参数对于生产井温度,储层温度分布和热提取效率的影响,确定最佳的储层岩性参数以及生产参数。
【图文】：

温度分布图,温度分布图,地热发电,地热能

我国高温地热的蒸汽发电于７０年代中期开始在西藏进行，至１９９１年期间，逡逑羊八井地热田陆续完成８台机组安装，地热电厂总装机容量达到２５．１ＭＷ。除了逡逑羊八井之外，西藏地区还建有朗久地热电厂和那曲地热电厂。目前我国地热发电逡逑的现状是维持２４．７８ＭＷ装机容量，年发电量近１．３亿ｋＷｈ，占世界地热发电排逡逑名第１５位。逡逑干／湿热岩开发主要包括水力压裂和地热开采两个阶段。本文对两个过程的关逡逑键技术进行整理讨论，采用法国Ｓｏｕｌｔｚ工程的储层参数以及生产数据，利用逡逑ＣＯＭＳＯＬ模拟ＥＧＳ水力压裂过程中应力－渗流－温度的耦合作用；建立地热能开采逡逑过程的水热耦合模型，研宄地热能生产效率对岩性参数和生产参数的敏感性，提出逡逑优化生产的指导性建议，对于干热岩开发研究有一定的积极意义。逡逑

地温梯度,地热发电,地热能,水力压裂

我国高温地热的蒸汽发电于７０年代中期开始在西藏进行，至１９９１年期间，，逡逑羊八井地热田陆续完成８台机组安装，地热电厂总装机容量达到２５．１ＭＷ。除了逡逑羊八井之外，西藏地区还建有朗久地热电厂和那曲地热电厂。目前我国地热发电逡逑的现状是维持２４．７８ＭＷ装机容量，年发电量近１．３亿ｋＷｈ，占世界地热发电排逡逑名第１５位。逡逑干／湿热岩开发主要包括水力压裂和地热开采两个阶段。本文对两个过程的关逡逑键技术进行整理讨论，采用法国Ｓｏｕｌｔｚ工程的储层参数以及生产数据，利用逡逑ＣＯＭＳＯＬ模拟ＥＧＳ水力压裂过程中应力－渗流－温度的耦合作用；建立地热能开采逡逑过程的水热耦合模型，研宄地热能生产效率对岩性参数和生产参数的敏感性，提出逡逑优化生产的指导性建议，对于干热岩开发研究有一定的积极意义。逡逑
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK529

【参考文献】