【摘 要】
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地热资源是一种重要的可再生清洁能源。我国地热资源储量丰富,促进地热资源开发利用对缓解我国雾霾天气和改善能源战略布局等具有重大意义。传统对井地热系统需完钻两口井来注入与开采工质,且对井与储层接触面积小,沟通裂缝数量有限,注、采井间连通效果差。为解决上述问题,提出了一种多分支井循环二氧化碳开采地热资源的新方法,旨在利用单一主井眼实现取热工质的注入与开采,有望通过分支井眼增加与裂缝、储层的沟通能力,提高
【基金项目】
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国家自然科学基金优秀青年基金“地热多分支井循环取热的流动-传热-应力耦合机制研究(51822406)”; 国家重点研发计划“干热岩能量获取及利用关键科学问题研究”课题4“热储内多场耦合流动传热机理与取热性能优化(2018YFB1501804)”; 高等学校学科创新引智计划(111计划)项目“深部地热资源开发基础研究(B17
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地热资源是一种重要的可再生清洁能源。我国地热资源储量丰富,促进地热资源开发利用对缓解我国雾霾天气和改善能源战略布局等具有重大意义。传统对井地热系统需完钻两口井来注入与开采工质,且对井与储层接触面积小,沟通裂缝数量有限,注、采井间连通效果差。为解决上述问题,提出了一种多分支井循环二氧化碳开采地热资源的新方法,旨在利用单一主井眼实现取热工质的注入与开采,有望通过分支井眼增加与裂缝、储层的沟通能力,提高波及面积,强化取热效果。本文采用数值模拟和机器学习的方法,围绕多分支井二氧化碳地热系统的取热机理、参数影响规律和产能智能预测等关键问题开展深入研究。考虑储层渗流、传热和岩石变形等相互作用,建立了多分支井地热储层热流固耦合模型;考虑二氧化碳摩阻生热、压力功、保温管与环空换热、环空与围岩换热,建立了多分支井地热系统井筒流动传热模型;以分支井平均压力和温度作为耦合数据,建立了多分支井地热系统储层与井筒耦合的流动传热模型;为多分支井二氧化碳地热系统的取热机理和参数影响规律研究提供了模型基础。模拟分析了多分支井二氧化碳地热系统储层热流固耦合特性,研究了井筒内二氧化碳流动传热规律,对比了二氧化碳和水的取热效果,对比了多分支井和对井地热系统的取热效果。结果表明:诱发的热应力会增加裂缝渗透率,减小注入压力,促进热突破;二氧化碳在井筒内膨胀做功会引起显著温降,增加管柱尺寸、减小井筒深度可缓减温降;低温浅层热储中CO2-EGS取热优势明显,高温深层热储中水-EGS取热优势显著;多分支井地热系统取热效果优于对井地热系统。模拟研究了储层物性、分支井结构、注采参数和裂缝参数等对多分支井CO2-EGS取热效果的影响规律。揭示了影响取热的关键参数为岩石杨氏模量、热膨胀系数、分支井长度、分支数量、注采间距、注入温度、注入排量和生产压力等;发现了具有较长裂缝、较多裂缝方位的复杂缝网有利于取热;弯曲裂缝网络可较小程度减小多分支井地热系统的注入压力和促进其热突破。搭建了长短期记忆网络(long short-term memory,LSTM)和多层感知器(multi-layer perceptron,MLP)叠加神经网络,实现了不同约束条件下多分支井CO2-EGS产能的准确、稳定预测;验证了LSTM和MLP叠加神经网络具有较好的泛化能力,对产能预测的准确性和稳定性优于简单LSTM、MLP神经网络。研究结果可为多分支井循环CO2开采地热技术发展和现场应用提供理论依据。
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