干热岩开采裂隙储层THM耦合模型和应用
发布时间：2021-03-07 17:51
干热岩作为新型可再生能源可以有效解决能源短缺和环境污染问题。我国拥有非常丰富的干热岩资源,但是赋存条件比较恶劣,在研究过程中难以开展物理实验,所以理论研究和数值模拟成为广大学者所接受的有效研究手段。首先本文在参考我国共和盆地地热田地质资料以及等效介质模型热-流-固三场耦合理论的基础上,提出了一种新型的水平-分层地热增强系统（Enhanced Geothermal System,EGS）,在流场、温度场和采热效果三个方面,将该系统与传统双竖井增强地热系统进行了对比。发现在本文工况下,水平-分层EGS的采热效果明显好于传统双竖井EGS。虽然双竖井EGS的平均生产温度在衰减阶段高于水平-分层EGS,但是对于热输出功率,水平分层EGS为6.1012.25 MW,是双竖井EGS的1.361.67倍。此外水平-分层EGS的采热率比双竖井EGS高出近7%,具有更高的经济效益。其次本文对水平-分层EGS中人为可控因素（注入井与生产井压力差、井间距和注入流体温度）对采热的影响进行了参数分析。分析结果显示,总体上热输出功率和采热率与压力差和井间距成正比,与注入流...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
增强型地热系统工作原理示意图
1绪论3研究这些干热岩开发的重点和难点对推动干热岩的发展和商业开发具有重要意义。图1-2中国大陆地区热流图Figure1-2HeatflowinmainlandChina1.2国内外研究现状（ResearchStatusatHomeandAbroad）1.2.1热—流—固三场耦合问题研究干热岩开采是一个极其复杂的多物理场相互作用的过程[18]。在地层深部高温高压条件和采热流体运行的影响下，干热岩裂隙岩体处于温度场-流场-应力场-化学场相互耦合的环境中，其中最主要的是前三个场的耦合作用，即温度场-流场-应力场（Thermal-Hydrologic-Mechanical，THM）耦合。采热流体性质（密度，温度）、裂隙岩体性质（孔隙率，渗透率，导热系数）均随着采热过程而变化。所以对THM耦合问题的深入研究是推动干热岩研究的基础和必要条件。国外学者对THM耦合问题研究较早也得到了较多的研究成果，其中很大一部分是针对于石油、页岩气开采、地下水污染扩散和核废料处理等方面。Noorishad[19]首次基于热固结原理提出了饱和多孔介质的热-流-固耦合基本控制方程，但其忽略了水岩间的热量交换和岩石温度变化对岩石力学性质的影响。Vaziri[20]建立了基于非等温单相渗流和非线性弹性变形的耦合模型并进行了求解。Neaupane等[21]推导了各向异性饱和孔隙介质的三场耦合控制方程组。Bower等[22]提出了饱和双孔介质的三场耦合数学模型用于预测热储层地下水流的运动。Vaziri[23]建立了油砂在升温过程中的THM耦合模型，并开发了计算该耦合模型的
1绪论7井和生产井间距三种人为可控因素对温度场分布、平均生产温度、热输出功率、采热率、采热半径的影响，基于此给出一些用于指导工程实践的建议。（4）建立更加贴近实际工况的离散裂隙模型，其中包括联通注入井和生产井的主裂隙和储层中的天然裂隙，对离散裂隙参数进行了研究。运用MATLAB程序生成随机裂隙以代替储层中存在的天然裂隙，随后分析了天然裂隙对流场和温度场的影响。最后研究了主裂隙和天然裂隙间的不同夹角对采热过程的影响，为更好地水压致裂做铺垫。1.3.2技术路线本文根据干热岩增强型地热系统开采的工程实际，建立动态孔隙率、渗透率模型和热-流-固三场耦合理论模型。给出一种新型水平-分层增强地热系统，基于以上的三场耦合理论模型和我国共和盆地地质资料，将水平-分层增强地热系统与传统的双竖井增强地热系统进行对比并对其进行参数分析，主要包括注入井与生产井压力差和井间距以及注入采热流体温度。同时基于真实储层裂隙情况，在水平-分层增强地热系统中加入联通注入井和生产井的主裂隙和本就存在的自然裂隙，并分析他们对采热的影响。最后根据以上分析给出工程建议以对工程实际提出建议。主要研究技术路线如图1-3所示。图1-3研究技术路线图Figure1-3Researchtechnologyroadmap
【参考文献】：
期刊论文
[1]二氧化碳爆破致裂建造增强型地热系统热储层工艺探讨[J]. 徐超,窦斌,田红,喻勇,肖鹏. 地质科技情报. 2019(05)
[2]致密砂岩油藏体积压裂簇间距优化新方法[J]. 王天驹,陈赞,王蕊,吴春方,徐鸿志,郝志伟. 新疆石油地质. 2019(03)
[3]共和干热岩地热井GR2井区三维地应力场反演分析[J]. 李良振,张延军,雷治红,张谦,张森琦,付雷. 力学季刊. 2019(01)
[4]美国干热岩“地热能前沿瞭望台研究计划”与中美典型EGS场地勘查现状对比[J]. 张森琦,文冬光,许天福,付雷,贾小丰,孙晟,翁炜,张杨,杨涛,Joseph MOORE,蒋恕,Rick ALLIS,John MCLENNAN. 地学前缘. 2019(02)
[5]共和盆地恰卜恰地热区现今地热特征[J]. 张超,张盛生,李胜涛,贾小丰,姜光政,高堋,王一波,胡圣标. 地球物理学报. 2018(11)
[6]干热岩地热储层钻井和水力压裂工程技术难题和攻关建议[J]. 周舟,金衍,卢运虎,周博成. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2018(12)
[7]致密储层水平井段内多簇压裂多裂缝扩展研究[J]. 杨兆中,易良平,李小刚,刘长印. 岩石力学与工程学报. 2018(S2)
[8]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)
[9]裂隙煤岩各向异性渗透率模型和煤层注气THM耦合行为[J]. 马天然,刘卫群,JONNY Rutqvist,张宏学,赵晓东. 煤炭学报. 2017(S2)
[10]干热岩热能开发降温压裂技术[J]. 任威严,查永进,刘明鑫,兰芳. 可再生能源. 2017(11)
博士论文
[1]多级压裂水平井产能分析及数值模拟方法研究[D]. 徐建春.中国石油大学(华东) 2017
[2]岩石热物性参数分析及多场热效应耦合模型研究[D]. 高平.吉林大学 2015
硕士论文
[1]漳州地区典型花岗岩体放射性生热特征及干热岩资源潜力研究[D]. 杨立中.东华理工大学 2016
[2]应力/时间相关裂隙渗透率模型及应用[D]. 梁浩楠.中国矿业大学 2014
本文编号：3069547
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：91 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
增强型地热系统工作原理示意图
1绪论3研究这些干热岩开发的重点和难点对推动干热岩的发展和商业开发具有重要意义。图1-2中国大陆地区热流图Figure1-2HeatflowinmainlandChina1.2国内外研究现状（ResearchStatusatHomeandAbroad）1.2.1热—流—固三场耦合问题研究干热岩开采是一个极其复杂的多物理场相互作用的过程[18]。在地层深部高温高压条件和采热流体运行的影响下，干热岩裂隙岩体处于温度场-流场-应力场-化学场相互耦合的环境中，其中最主要的是前三个场的耦合作用，即温度场-流场-应力场（Thermal-Hydrologic-Mechanical，THM）耦合。采热流体性质（密度，温度）、裂隙岩体性质（孔隙率，渗透率，导热系数）均随着采热过程而变化。所以对THM耦合问题的深入研究是推动干热岩研究的基础和必要条件。国外学者对THM耦合问题研究较早也得到了较多的研究成果，其中很大一部分是针对于石油、页岩气开采、地下水污染扩散和核废料处理等方面。Noorishad[19]首次基于热固结原理提出了饱和多孔介质的热-流-固耦合基本控制方程，但其忽略了水岩间的热量交换和岩石温度变化对岩石力学性质的影响。Vaziri[20]建立了基于非等温单相渗流和非线性弹性变形的耦合模型并进行了求解。Neaupane等[21]推导了各向异性饱和孔隙介质的三场耦合控制方程组。Bower等[22]提出了饱和双孔介质的三场耦合数学模型用于预测热储层地下水流的运动。Vaziri[23]建立了油砂在升温过程中的THM耦合模型，并开发了计算该耦合模型的
1绪论7井和生产井间距三种人为可控因素对温度场分布、平均生产温度、热输出功率、采热率、采热半径的影响，基于此给出一些用于指导工程实践的建议。（4）建立更加贴近实际工况的离散裂隙模型，其中包括联通注入井和生产井的主裂隙和储层中的天然裂隙，对离散裂隙参数进行了研究。运用MATLAB程序生成随机裂隙以代替储层中存在的天然裂隙，随后分析了天然裂隙对流场和温度场的影响。最后研究了主裂隙和天然裂隙间的不同夹角对采热过程的影响，为更好地水压致裂做铺垫。1.3.2技术路线本文根据干热岩增强型地热系统开采的工程实际，建立动态孔隙率、渗透率模型和热-流-固三场耦合理论模型。给出一种新型水平-分层增强地热系统，基于以上的三场耦合理论模型和我国共和盆地地质资料，将水平-分层增强地热系统与传统的双竖井增强地热系统进行对比并对其进行参数分析，主要包括注入井与生产井压力差和井间距以及注入采热流体温度。同时基于真实储层裂隙情况，在水平-分层增强地热系统中加入联通注入井和生产井的主裂隙和本就存在的自然裂隙，并分析他们对采热的影响。最后根据以上分析给出工程建议以对工程实际提出建议。主要研究技术路线如图1-3所示。图1-3研究技术路线图Figure1-3Researchtechnologyroadmap
【参考文献】：
期刊论文
[1]二氧化碳爆破致裂建造增强型地热系统热储层工艺探讨[J]. 徐超,窦斌,田红,喻勇,肖鹏. 地质科技情报. 2019(05)
[2]致密砂岩油藏体积压裂簇间距优化新方法[J]. 王天驹,陈赞,王蕊,吴春方,徐鸿志,郝志伟. 新疆石油地质. 2019(03)
[3]共和干热岩地热井GR2井区三维地应力场反演分析[J]. 李良振,张延军,雷治红,张谦,张森琦,付雷. 力学季刊. 2019(01)
[4]美国干热岩“地热能前沿瞭望台研究计划”与中美典型EGS场地勘查现状对比[J]. 张森琦,文冬光,许天福,付雷,贾小丰,孙晟,翁炜,张杨,杨涛,Joseph MOORE,蒋恕,Rick ALLIS,John MCLENNAN. 地学前缘. 2019(02)
[5]共和盆地恰卜恰地热区现今地热特征[J]. 张超,张盛生,李胜涛,贾小丰,姜光政,高堋,王一波,胡圣标. 地球物理学报. 2018(11)
[6]干热岩地热储层钻井和水力压裂工程技术难题和攻关建议[J]. 周舟,金衍,卢运虎,周博成. 中国科学:物理学 力学 天文学. 2018(12)
[7]致密储层水平井段内多簇压裂多裂缝扩展研究[J]. 杨兆中,易良平,李小刚,刘长印. 岩石力学与工程学报. 2018(S2)
[8]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)
[9]裂隙煤岩各向异性渗透率模型和煤层注气THM耦合行为[J]. 马天然,刘卫群,JONNY Rutqvist,张宏学,赵晓东. 煤炭学报. 2017(S2)
[10]干热岩热能开发降温压裂技术[J]. 任威严,查永进,刘明鑫,兰芳. 可再生能源. 2017(11)
博士论文
[1]多级压裂水平井产能分析及数值模拟方法研究[D]. 徐建春.中国石油大学(华东) 2017
[2]岩石热物性参数分析及多场热效应耦合模型研究[D]. 高平.吉林大学 2015
硕士论文
[1]漳州地区典型花岗岩体放射性生热特征及干热岩资源潜力研究[D]. 杨立中.东华理工大学 2016
[2]应力/时间相关裂隙渗透率模型及应用[D]. 梁浩楠.中国矿业大学 2014
本文编号：3069547
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