干热岩储层中多场耦合及能质传输机理研究

来源 :中国石油大学(华东) | 被引量 : 0次 | 上传用户:sunzhiqiang7310
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干热岩(Hot Dry Rock,HDR)地热资源具有储量大、分布广和清洁可再生等显著优势,在未来我国能源结构改善和保障能源安全方面将发挥重要作用。在人工压裂所形成的增强型地热系统(Enhanced Geothermal System,EGS)储层中,循环流体在相互连通的裂缝网络内运移,流体与岩石、岩石与岩石之间不断发生热传导和热对流。此外,应力场和化学反应都会对干热岩孔隙结构造成影响,进而影响其内部的流动传热特性和地热能的有效开采。因而对增强型地热系统储层中热-流-固-化(Thermal-HydraulicMechanical-Chemical,THMC)多场耦合的能质输运机制开展深入研究十分必要。此外,开展导流裂缝分布形态对储层热开采的影响、裂缝网络的优化以及人为可控参数的敏感性分析对干热岩开采和潜力评估具有重要指导意义。本文依据松辽盆地的地质数据,构建了储层热开采模型,并开展如下相关数值模拟研究。首先,为了明晰THMC相互耦合机理和对EGS性能的影响,采用多重相互作用连续统一体模型(MINC)对比了TH、THM和THMC耦合对储层温度场、化学场和孔渗参数特性的影响。进而采用嵌入式离散裂缝模型(EDFM)研究了裂缝形态,包括无裂缝、竖直裂缝和水平裂缝对干热岩热量开采过程中储层温度场和采出温度的影响。最后,研究了不同裂缝网络结构对温度场、采热量和发电量的影响。在此基础上,对注入温度、注入流量和注采井间距进行了敏感性分析。结果表明TH、THM和THMC耦合的稳定运行时间大约为5年,与TH和THMC耦合相比,THM耦合作用下的使用寿命分别降低了3.3年和1年;矿物质的化学沉淀作用可以抵消一部分由应力引起的储层孔隙度和渗透率的增加,因此,干热岩模拟时考虑THMC四场耦合是必要的。在下注上采模式下,与无裂缝和竖直裂缝相比,水平方向裂缝可以增加流体与高温岩体的换热面积,延长使用寿命,提高采出温度的稳定性。而水平裂缝数量占优模型中采出温度最高,相应的使用寿命也最长,在保持采出温度的稳定性、提高采热量和发电量方面也更具优势。敏感性分析表明25~55℃范围内的最佳注入温度为25℃,150 m~450 m范围内最佳注采井间距为350 m,最优注入流量的选取应根据采出温度和采热量的需要综合考虑。
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