基于嵌入式离散裂缝模型的增强型地热系统热—流—力—化耦合分析

作     者：韩东旭 张炜韬 焦开拓 宇波 李庭宇 巩亮 王树荣 HAN Dongxu;ZHANG Weitao;JIAO Kaituo;YU Bo;LI Tingyu;GONG Liang;WANG Shurong

作者机构：北京石油化工学院机械工程学院 中国石油大学(华东)新能源学院 西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所 浙江大学能源高效清洁利用全国重点实验室 

出 版 物：《天然气工业》 (Natural Gas Industry)

年 卷 期：2023年第43卷第7期

页      面：126-138页

核心收录：

学科分类：070801[理学-固体地球物理学] 07[理学] 0708[理学-地球物理学] 

基　　金：国家自然科学基金重点基金“增强型地热系统热—流—力—化四场耦合热质传输机理研究”(编号:51936001) 能源高效清洁利用全国重点实验室开放基金课题(编号:ZJUCEU2022001) 

主　　题：增强型地热系统 嵌入式离散裂缝模型 热—流—力—化耦合模型 裂缝型储层 水—岩反应 热开采 影响因素 数值模拟 

摘      要：增强型地热系统(以下简称EGS)在长期取热过程中会受到流(Hydraulic)、热(Thermal)、力(Mechanical)、化(Chemical)等多种物理场的综合作用影响。虽然嵌入式离散裂缝模型(以下简称EDFM)能够有效模拟裂缝型储层中流场、温度场、力场和浓度场的变化,但目前基于EDFM的热—流—力—化(以下简称THMC)四场耦合的相关研究和认识还不足。在考虑储层非均质性、物性参数变化和水—岩反应的基础上,基于EDFM建立了裂缝型储层的THMC四场耦合模型,对EGS运行过程中的流场、温度场、位移场和浓度场的时空演化进行了模拟分析。研究结果表明:(1)当基岩渗透率较低时,开采温度下降缓慢,EGS可维持较长年限的较高开采温度,但渗透率较低时会造成开采井质量流率减小,进而影响净取热功率;(2)当裂缝渗透率或裂缝开度发生改变时,EGS均可维持一定年限的较高温度稳定输出,随后出现不同幅度的下降,但当裂缝渗透率增大到一定值或者裂缝开度减小到一定值时,改变裂缝参数对开采温度的影响减弱;(3)当EGS运行40年时,采用变物性流体比采用常物性流体计算的开采温度偏低22℃,而考虑水—岩反应的开采温度偏低了15℃,储层平均孔隙度值增大12.5%。结论认为:(1)在对长期运行的EGS进行研究时,应综合考虑储层岩石参数、注入流体物性以及水—岩反应等因素的影响;(2)未来应考虑储层其他矿物组分的化学反应、力学变形对流—热—化三场影响的双向耦合,以便为EGS储层的工程开发和利用提供更准确、可靠的预测。