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《增強型地?zé)嵯到y(tǒng)地下滲流場的模擬分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、第3O卷第6期計算物理Vo1．30．No．62013年11月CHINESEJOURNALOFCOMPUTATIONALPHYSICSN0v．．2013文章編號：1001-246X(2013)06-0871-08增強型地?zé)嵯到y(tǒng)地下滲流場的模擬分析陳繼良，蔣方明，羅良(中國科學(xué)院可再生能源重點實驗室，中國科學(xué)院廣州能源研究所先進(jìn)能源系統(tǒng)實驗室，廣州510640)摘要：采用自行開發(fā)的數(shù)值模型，模擬分析循環(huán)流體在雙井增強型地?zé)嵯到y(tǒng)(EGS)地下熱儲中的滲流過程，系統(tǒng)分析不同水力滲透條件熱儲中流場形態(tài)的變化規(guī)律．結(jié)果表明，重力作用和流體動靜壓轉(zhuǎn)換造成的“基礎(chǔ)壓差”與循環(huán)流體在地下裂隙巖體中的沿
2、程阻力之間的相對大小是決定熱儲中流場分布形態(tài)的重要因素，而循環(huán)流量大小對熱儲內(nèi)滲流場形態(tài)影響非常有限．基于此，我們提出水平井和多井環(huán)繞布局兩種抑制流體短路的方案，為EGS的建設(shè)提供理論指導(dǎo)．關(guān)鍵詞：增強型地?zé)嵯到y(tǒng)；干熱巖；地下滲流；數(shù)值模擬；多孔介質(zhì)中圖分類號：P314TK529文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A0引言、近年來，隨著全球化石燃料總量的加速減少及其開發(fā)利用所帶來的環(huán)境污染日益加劇，發(fā)展可再生綠色能源的呼聲日益高漲．地下3km～10km的低滲透性干熱巖(hotdryrock，HDR)中儲存著大量的熱能．為經(jīng)濟(jì)地開發(fā)這部分能源，美國拉斯阿莫斯國家實驗室(LosAlamosNationalLab
3、oratory)于1970年提出了增強系地?zé)嵯到y(tǒng)(enhancedgeothermalsystem，EGS)的概念．EGS通過人工手段如水力激發(fā)等方式在干熱巖中建立高滲透性的人工熱儲，然后注入低溫流體介質(zhì)，置換HDR中的熱能，熱流體開采出來后用于地面發(fā)電?．增強型地?zé)嵯到y(tǒng)資源儲量豐富，供能穩(wěn)定連續(xù)且污染物排放量小，具有很大的研發(fā)價值和廣闊的應(yīng)用前景。川．在EGS的運行過程中，循環(huán)流體在地下裂隙巖體中的滲流行為對系統(tǒng)的采熱有關(guān)鍵影響．流體滲流過程與流體物理性質(zhì)、熱儲的有效滲透率和裂隙網(wǎng)絡(luò)的分布緊密相關(guān)．通過不同手段建立的人工熱儲內(nèi)流體流通空間和整體有效滲透率往往很不相同．目前常用的增強
4、地下巖石滲透性方法可總結(jié)為水力激發(fā)(hydraulicstimulation)、熱力致裂(thermallyinducedfracturing)和基巖酸化(matrixacidizing)三大類。．水力激發(fā)通過注入高壓流體來拓展巖石中的天然裂隙或創(chuàng)造新的裂隙，使用該技術(shù)建立的熱儲滲透率空間分布相對均勻，目前在石油工業(yè)和干熱巖熱利用技術(shù)中應(yīng)用廣泛；熱力致裂的利用地下巖石被注入冷流體冷卻所產(chǎn)生的熱應(yīng)變來擴(kuò)展或制造裂隙，使用該技術(shù)建立的熱儲內(nèi)注入井附近的巖體孔隙率和滲透率明顯較高，常用于對溫度較高的火山巖或變質(zhì)巖等致裂；基巖酸化通過注入的酸性流體和基質(zhì)巖石之間的化學(xué)反應(yīng)來增強滲透率，操作成
5、本低而致裂效率高，但裂隙形成難以有效控制、技術(shù)要求較高．流體在地下熱儲中的流動過程控制因素多而復(fù)雜，流體被灌人地下后，可能會出現(xiàn)這樣一種流動分布狀態(tài)：大部分流體僅通過一條或幾條主要流動通道直接從注入井遷移至生產(chǎn)井，熱儲中有相當(dāng)一部分巖石很難接觸到采熱流體．熱儲內(nèi)的這種流動現(xiàn)象通常稱為優(yōu)勢流動(preferentialflow)，當(dāng)優(yōu)勢流動現(xiàn)象較為嚴(yán)重時，就演化為流體短路(flowshort．circuit)¨。．采熱過程中，位于流體主要流通路徑附近的巖石熱量被迅速采集，溫度降低很快，運行一段時間后，由于傳熱溫差降低，大量流體將在未被充分加熱的情況下流人生產(chǎn)井，造成采出流體溫度下降，而
6、此時流體流動較慢區(qū)域處的巖石可能還保持在較高的溫度．這就造成在熱儲內(nèi)還留存有大量可開采熱能的情況下，采出流體溫度就已低于生產(chǎn)要求．因此，流體短路不利于EGS熱量的充收稿日期：2013—03—07：修回日期：2013—06—0l基金項目：863計劃項目(2012AA052802)、中科院“百人計劃”及國基青年基金(51206174)資助項目作者簡介：陳繼良(1989一)，男，研究生，從事增強型地?zé)嵯到y(tǒng)地下熱流研究，E-mail：chenjl@ms．giec．a(chǎn)c．cn通訊作者：蔣方明，研究員，博士生導(dǎo)師，E—mail：jiangfm@ms．giec．1ie．el872計算物理第30卷分
7、開采．運行壽命是衡量EGS電站經(jīng)濟(jì)性的一個重要指標(biāo)，工程上將其定義為系統(tǒng)采出流體溫度高于某一標(biāo)準(zhǔn)的持續(xù)運行時長．實地運行試驗也表明，流體在人工熱儲中出現(xiàn)的流通短路會嚴(yán)重降低EGS采熱效率和運行壽命．探索流體短路的形成機制進(jìn)而抑制或避免這種現(xiàn)象對提高EGS的經(jīng)濟(jì)性具有重要意義．雖然裂隙的幾何形態(tài)和空間分布強烈影響流體在熱儲中的流動，但熱儲內(nèi)裂隙網(wǎng)絡(luò)非常復(fù)雜，精確構(gòu)建與實際情形相同的物理模型非常困難．使用數(shù)值模擬方法對EGS進(jìn)行研究，依據(jù)對熱儲內(nèi)裂隙的物理描述
