增强型地热系统井筒_储层耦合数值模拟分析_袁益龙_侯兆云_雷宏武_冯波_许天福
增强型地热系统中溶解二氧化碳对热储层溶蚀作用的实验研究
增强型地热系统中溶解二氧化碳对热储层溶蚀作用的实验研究侯兆云;许天福;何斌;冯波;那金【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2016(034)001【摘要】增强型地热系统(EGS)是通过人工形成热储层的方式从深部低渗干热岩体中经济地开采地热能的人工地热系统.为了增强热储层的孔隙度和渗透率,需要对热储层的人工裂隙实施化学刺激,增加深部岩体中地热能的采收率.文章针对松辽盆地地热储层岩石对CO2的反应进行了实验研究,分别对目标储层的流纹岩和花岗岩进行了高温高压水-岩-气研究,结果表明,在溶解CO2的作用下,石英、钾长石、钠长石和方解石均出现了溶蚀现象,其中方解石的溶蚀最为强烈.实验中发生了石英、伊利石和含“C”新矿物的沉淀反应.【总页数】7页(P118-124)【作者】侯兆云;许天福;何斌;冯波;那金【作者单位】吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室,吉林长春130021;吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室,吉林长春130021;吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室,吉林长春130021;吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室,吉林长春130021;吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室,吉林长春130021【正文语种】中文【中图分类】TK6;P641【相关文献】1.黑索今炸药在超临界二氧化碳中溶解特性的实验研究 [J], 闻利群;张树海;张景林2.二氧化碳在盐碱水中溶解及溢出的实验研究 [J], 彭人勇;徐嘉男3.孔隙型热储层中溶解性有机质在硝酸盐还原过程中的迁移转化实验研究 [J], 赵丽;张垒;罗绍河;张庆;都聪聪;李晓慧;范英迪4.二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5.沙棘油在超临界二氧化碳流体中溶解度的实验研究 [J], 银建中;刘润杰;丁信伟;杨波因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
增强型地热系统井筒-储层耦合数值模拟分析
增强型地热系统井筒-储层耦合数值模拟分析袁益龙;侯兆云;雷宏武;冯波;许天福【摘要】干热岩是指地下3～10 km处低渗透性的高温岩体.增强型地热系统(EGS)是利用水力压裂等作业措施形成人工热储层,通过注入载热流体以经济地开采出干热岩中热能的人工地热开采系统.目前,关于干热岩储层开采潜力是否满足商业开采目标,以及如何提高EGS开采潜力是EGS研究的重点.文章首先对EGS的发展及技术可行性进行了概述,然后以松辽盆地为研究场地,以水为载热工质,采用井筒-储层耦合数值模拟程序T2WELL对储层开采潜力进行了定量研究,并通过不确定因素和参数分析探讨了优化EGS开采潜力的可行方案.不确定因素和参数分析表明,储层初始温度、裂隙间隔、布井方式是影响储层开采潜力的关键因素,渗透率对储层开采潜力影响较小.【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2015(033)003【总页数】8页(P421-428)【关键词】干热岩;增强型地热;井筒-储层耦合数值模拟;松辽盆地;开采潜力【作者】袁益龙;侯兆云;雷宏武;冯波;许天福【作者单位】吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室,吉林长春 130021;吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室,吉林长春 130021;吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室,吉林长春 130021;吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室,吉林长春 130021;吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室,吉林长春 130021【正文语种】中文【中图分类】TK521.2;O2420 引言干热岩（HDR）是指地下3～10 km处低渗透性的高温岩体（主要是变质岩或结晶类岩体），其温度为150～650℃。
利用水力压裂等作业措施形成人工热储层，通过注入载热流体开采出干热岩中热能的人工地热系统，叫做增强型地热系统（EGS）。
水的比热容较大，普遍被认为是一种优良的载热流体，通过数值模拟研究EGS水-热开采潜力，可以在花费很少人力和物力的基础上实现EGS开采大时间尺度的研究，同时可以了解地下热水的运移过程。
数值模拟方法在增强型地热系统的应用分析
方法在增强型地热系统的应用 现状 、 技术优势 和存 在的问题 。 认 为可将 Ｐ Ｓ Ｍ 方法作为基础模 型， ３种不 同尺度 的数值模 拟方 法有机协同地联系在一起 ， 并 给出了研 究路 线框图 ， 为基于增 强型地热系统的数值模拟方法研究 指明了方向。
关键词 ： 增强型地热系统 ； 数值模 拟 ； 孔隙尺度 ； 岩心尺度 ； 场地尺度
时流体渗流换热会带走岩石的热量 ， 同时流体换 热过 程 中温 度 的 变化 造成 的流 体粘 度 的变化 影 响 到流体的流动状态。
入 井 注 入 到 岩层 中 ， 温 度 较 低 的换 热 工 质 进 入 到
要的作用。 我国地热能资源储量丰富， 可分为浅层 地温能、 水热 型 地热 能 和干 热 岩三 种 类 型【 ３ 】 。 我 国 对于 浅层地 温能 和水热型地 热能 的资 源利用较 早， 干热 岩作 为一种普遍埋藏 于地 表深 ３ ｋ ｍ 至 １ ０ ｋ ｍ、 温度 ｌ ５ ０ ℃ ～６ ５ ０ ℃、 几乎 没 有水 或 者蒸 汽
用。 增 强型地 热 系统 的整个 过程 如 图 １ 所示 。
１ ９ ７ ４年 ， 美国Ｌ ｏ ｓ Ａｌ ａ ｍｏ ｓ 国家实 验室 在新 墨 西 哥 州 的芬 顿 山开 始 最 早 的 干热 岩 研 究 ， 并 建 成 世 界上第 一 座 高温 岩体 发 电站 。１ ９ ９ ３年 中国 国家 地震 局 在北 京 房 山 区进 行 了干 热岩 发 电的研 究试
源， 对 于 缓解 我 国能 源压 力 、 减少 污染 排 放具 有 重
在距离注入井合理距离 的位置上钻一 口井或者几 口井 ， 并与人工热储连通 ， 作为产出井收集换热工 质 从 热 储 中带 出 的热 量 。 在 人 工 热 储 构造 完 成 后 进 人 地 热采 热 阶段 。 通 常水 作 为 换 热 工质 通 过 注
增强型地热系统与防震减灾的研究与探索
“ 探索地 震能量与地 热能量转 化的定量 关 系” ＿ ＿ 等发表 的论 ６
文 中定 量 阐 述 增 强 型地 热 系 统 工 程 可 以 防 震 减 灾 ． 行 了 全 进
面 深 刻 客 观 系 统 地 论 述 ． 出这 一 理 论 依 据 是 地 热 与 地 震 同 指 源 孪 生 ． 可 以 互 相 转 换 与 代 替 ．并 遵 循 能 量 守 恒 定 律 与 ２者
能 以对流水 热型 出现 ． 表 往往有 众 多温泉 出露 ． 过 ３ｍ 地 超 ｋ
践 》 书 内 的 第 １ 分 ５关 于 “ 制 、 防 地 震 与 开 发 利 用 一 部 遏 预
地 热 关 系 的 研 究 与 探 讨 ” “ 制 与 预 防 地 震 灾 害 之 道 的 探 和 遏
பைடு நூலகம்
讨 ” （ 源 与 环 境 、 刊 ２ １ ） 进 行 了详 细 的 定 性 阐 述 ． 能 增 ００ 中 从 而 得 出 增 强 型 地 热 系统 工 程 可 以 防震 减 灾 的 结 论 ： 者 还 在 作
中图分类 号 ： ５ ９ ＴＫ ２
文献标识 码 ： Ａ
文章编 号 ：６ ２ ９ ６ （０ ２０ — ０ — ３ １ ７ — ０ ４２ １ ） １ ０ ４ ０
有 关 地 震 与 地 热 的关 系 ． 者 已 在 《 建 地 热 研 究 与 实 作 福
１ 中 国 地 壳 内 能 量 释 放 特 征
７８级 大 地 震 ．０ ８ ５ ｌ ． ２ ０ — 一 ２四川 省 汶 川 ８级 大 地 震 ，０ ０ ４ ２ １— —
中国地热资源非 常丰富 ． 已查 明温 泉 ３ ０ ０ ０多处 ． 是地热
能 大 国 ． 热 水 的直 接 利 用 能 量 位 居 全 球 之 冠 ． 干 热 岩 开 地 但 发 利 用 处 于 起 始 阶 段 ． 新 生 事 物 ． 国 要 力 争 用 几 十 年 时 是 中 间 向地 球 热 库 挺 进 、 挖 掘 地 壳 深 部 高 温 地 热 能 开 展 高 端 高 在 能 位 地 热 发 电上 取 得 突 破 与 显 著 成 效 ．达 到 世 界 先 进 水 平 ． 成 为地 热 能 强 国 。以 福 建 省 为 例 ， 省 ５ ０ ｍ 深 度 以 内有 可 全 ００ 再 生 地 热 能 储 量 约 相 当 ５万 亿 ｔ 煤 ．有 １ 标 ９个 热 汽 相 过 热
增强型地热系统_干热岩_开发技术进展_许天福
1增强型地热系统的概念地热能由于其清洁可再生性和空间分布的广泛性，已经成为位居水力、生物质能之后的世界第3大可再生能源。
地热资源作为世界各国重点研究开发的可再生清洁能源，主要分为水热型和干热岩型。
世界上目前开采和利用地热资源主要是水热型地热，占已探明地热资源的10％左右[1]。
干热岩是一种没有水或蒸汽的热岩体，主要是各种变质岩或结晶岩类岩体。
干热岩普遍埋藏于距地表3—10km 的深处，其温度范围很广，在150—650℃之间[2]。
现阶段，干热岩地热资源是专指埋深较浅、温度较高、有开发经济价值的热岩体，保守估计地壳中干热岩（3—10km 深处）所蕴含的能量相当于全球所有石油、天然气和煤炭所蕴藏能量的30倍。
干热岩在地球上的蕴藏量十分丰富。
若将它开采出来加以应用，可以满足人类长期使用。
据麻省理工学院（MIT ）2006年报告，只要开发3000—10000m 深度2%的干热岩资源储量，就将达到200×1018EJ ，是美国2005年全年能源消耗总量的2800倍[3]。
据美国地热能市场评估报告数据（2007），美国国内地热项目开发的数目增至193个，正在开发的地热能量1035MW ，而地热潜力估计12271369MW [4]，有极大的开发潜力。
增强型地热系统（Enhanced Geothermal Systems ，EGS ）是在干热岩技术基础上提出的，美国能源部的定义是采用人工形成地热储层的方法，从低渗透性岩体中经济地采出深层热能的人工地热系统，如图1所示。
据美国能源部的增强型地热系统技术评估报告（2008），需要对EGS 技术中3个关键方面增强型地热系统（干热岩）开发技术进展许天福1，张延军1，2，曾昭发3，鲍新华1收稿日期：2012-09-11；修回日期：2012-10-10基金项目：国家高技术研究发展计划（863计划）项目（2012AA052801）；国家自然科学基金（40972172）作者简介：许天福，教授，研究方向为多相流反应溶质运移和EGS ，电子信箱：tianfu.good@ ；张延军（通信作者），教授，研究方向为岩石力学和EGS ，电子信箱：zhangyanj@1.吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室，长春1300002.吉林大学建设工程学院，长春1300263.吉林大学地球探测科学与技术学院，长春130026摘要增强型地热系统（EGS ），又称干热岩，是一种从低渗透率和低孔隙度的岩层（干热岩）中提取热量从而获取大量热能的一种工程。
基于微地震数据的增强型地热储层参数及采热的数值模拟研究
基于微地震数据的增强型地热储层参数及采热的数值模拟研究马子涵;邢会林;靳国栋;谭玉阳;闫伟超;李四海【期刊名称】《水文地质工程地质》【年(卷),期】2022(49)6【摘要】发展清洁、稳定、可再生的干热岩型地热资源对于缓解能源危机、减轻环境污染、改善人类健康具有重要意义。
增强型地热系统(Enhanced Geothermal System,EGS)是一项改造干热岩天然储层,高效开发地热能资源的先进技术。
以澳大利亚库珀盆地地热储层为研究对象,基于水力压裂实测微震数据,建立了三维分区均质渗透率模型和非均质渗透率模型,分别进行储层温度场、流场及采热性能变化的研究,并对比其差异。
结果表明:在同样的注采流量下,由于非均质模型中微震事件集中于井口附近,进而形成明显的优势流动通道,流体从注入井更快流向生产井,温度下降速度相对更快,分区均质模型中优势流动通道没有非均质模型明显,温度下降速度较慢;地热模型运行期间分区均质模型的采热量变化相对稳定,降幅为3.74%,非均质模型采热量降幅较大,为12.72%。
分区均质模型的模拟结果相比于非均质模型,温度下降幅度小、采热量高;但实际储层中的渗透率分布不均,分区均质模型的模拟采热量相比实际采热量偏高,因此在实际应用中,非均质模型的模拟结果对实际工程更具参考意义。
【总页数】10页(P190-199)【作者】马子涵;邢会林;靳国栋;谭玉阳;闫伟超;李四海【作者单位】深海圈层与地球系统前沿科学中心;青岛海洋科学与技术试点国家实验室;中国海洋大学海底科学与工程计算国际中心【正文语种】中文【中图分类】TK521【相关文献】1.增强型地热系统井筒-储层耦合数值模拟分析2.增强型地热系统垂直裂隙热储热开采过程数值模拟3.储层特征对水平井多裂隙增强型地热系统采热过程影响的数值模拟研究4.增强型地热储层多场耦合数值模拟研究进展5.增强型地热系统采热性能评价——以共和盆地恰卜恰地区干热岩储层为例因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
增强型地热发电系统优化及经济性分析
庞 忠和 ，孔彦龙等
中国科学院地质与地球物理研究所
中 国的石 炭 系 岩石 广 泛形 成 于沉 积 盆 地 ，这 些 岩石 的形成 造 就 了地 热 热储 的形 成 。 中 国北 方 的供 暖热 水 主要 是 从这 些 地 热储 中获得 的 。为 了
的。
热储 的下一步的研究与发展应该集中于通过不 同 的技术方法来提高其生产力 。
新西兰地热井增产、诱发地震监测和储层建模研究
Ｄａ ｖｉ ｄ Ｄｅ ｍｐ ｓ ｅ ｙ
新西兰奥克兰大学工学院
新 西 兰 在 地 热 开 发 利 用 上 有 着 最 悠 久 的 历 史 。地热 革 命 始 于怀 拉 开 系统 的发展 ，该 系统 从
１ ９ ６ ３年 开始一 直在 连续 生产 ，并 且今 天依 旧连续
运行 在发 电总量 为 １ ０ ０ ０ ＭＷ 的八 个不 同地热 田。
用一个 多方案区块 图选择最好发 电系统。以双闪 蒸系统 （ Ｄ Ｆ ）、闪蒸 附加 有 机 朗肯 循 环 系统 （ Ｆ Ｏ Ｒ Ｃ）和 双 闪 蒸 附 加 有 机 朗 肯 循 环 系 统
（ Ｄ Ｆ Ｏ Ｒ Ｃ）为例 ，在方案区块图上 ，通过优化和 分析 ，标注出每个系统适宜 区域 ，在这个 区域能 生产比其他系统更多的电力 。通过选择拉萨地区
个 大 型沉 积 盆地 ，能源 潜 力是 巨大 的 。对 喀斯 特
合理地评估地热储的能源潜力以及制定合理的开 发模式 ，最近几年 ，以渤海湾盆地区几个开发项 目为例 ，已经开始系统化的研究 。通过对大地热 流值 、地温场测量 、建模 ，以及地下水循环的研 究发 现 ，上地 壳 的储热 是 由两个 过 程耦 合 而 实现 的 ；一是形成岩石的热导率不同，导致上地壳存 在热通量的差异 ，使得热量进行重新 分配 ；另一 个是 盆 地 区域 地 下 水循 环 的 热影 响 。 如果 这 两个 过程在 地壳构 造上都得 到增强 ，则水温是 最高
增强型地热系统热流固耦合过程数值模拟研究
１８３
地热能作为一种清洁、可再生能源，越来越受到 各国政府 的 重 视［１］。 传 统 的 增 强 型 地 热 系 统 是 一 种基于石油钻井技术的地热开采方法，技术的关键 是通过水力压裂技术在钻孔的底部岩层中产生贯通 裂纹。１９７３年，美国国家实验室和能源部在 Ｆｅｎｔｏｎ Ｈｉｌｌ开始了干热岩发电技术试验，井深 ３０００ｍ，利 用花岗岩内的裂缝连接两口井，但正是由于这些裂 缝的存在，注入水的回收率大大降低，严重影响水和 热的回收和 抽 取 ［２］。 Ｇｒｉｎｇａｒｔｅｎ等 ［３］提 出 了 一 种 从 断裂热干岩石中提取热量的理论。冷水通过每个裂 缝的底部进入，热通过水流从干热岩传递到裂缝岩 体。这一数学模型可以大大提高干热岩地热系统的 经济利用率。
许 欣，李 宏
（大连理Байду номын сангаас大学 海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁 大连 １１６０２４）
摘 要：增强型地热系统是在干热岩技术基础上提出的，从低渗透性岩体中采出深层热能的人工地热
系统。在许多地热田中，虽然大量现场证据表明，在裂缝储层中，注入的水可以沿优先流动路径快速的
迁移到生产井，但是相关迁移规律依旧没有得到清晰地认识，为验证迁移规律的正确性，首先将广泛用 于岩土工程分析的商业软件 ＦＬＡＣ３Ｄ中的应力应变分析功能引入到成熟的多相多组分及传热特性分析
ｏｆｍｉｇｒａｔｉｏｎ
收稿日期：２０１９０８２０ 修稿日期：２０１９０９１７ 基金项目：国家重点基础研究发展计划（２０１１ＣＢ０１３５０３） 作者简介：许 欣（１９９４—），男，河南郑州人，硕士研究生，研究方向为建筑与土木工程。Ｅｍａｉｌ：１２４２０４２８３１＠ｑｑ．ｃｏｍ
第 ６期 许 欣，等：增强型地热系统热流固耦合过程数值模拟研究
增强型地热系统水平井平行多裂隙换热过程数值模拟
0 前言 干 热 岩 渊Hot Dry Rock袁HDR冤为 存 在 于 地 球
深 部 袁不 含 或 含 有 少 量 流 体 袁且 温 度 高 于 423 K 的 高 温 热 岩 体 遥 干 热 岩 地 热 资 源 具 有 储 量 大 尧开 采 过 程 安 全 且 受 环 境 影 响 较 小 等 优 点 遥 自 从 20 世 纪 70 年 代 美 国 Los Alamos 实 验 室 首 先 提 出 开 发 利 用 干 热 岩 地 热 资 源 后 袁世 界 上 已 有 多 个 国 家 对 干 热 岩 开 展 了 钻 探 实 验 袁干 热 岩 地 热 资 源 的 研 究 越来越受到科学界的关注遥
摘 要院 干 热 岩 渊HDR冤是 一 种 清 洁 的 可 再 生 能 源 袁主 要 通 过 增 强 型 地 热 系 统 渊EGS冤进 行 开 发 遥 由 于 将 水 平 井 多 裂 隙 开 发 技 术 应 用 于 EGS 中 袁能 够 提 高 EGS 的 经 济 效 益 袁因 此 文 章 建 立 三 维 EGS 水 平 井 平 行 多 裂 隙 模 型 袁并 采 用 CFX 软 件 模 拟 分 析 了 不 同 注 水 流 量 条 件 下 EGS 的 运 行 性 能 袁 揭 示 了 裂 隙 内 流 体 的 流 动 特 征 与 EGS 釆 热 机 理 之 间 的 关 系 遥 研 究 结 果 表 明 院裂 隙 中 的 流 体 会 形 成 流 动 短 路 和 流 动 死 角 袁导 致 EGS 的 开 采 率 降 低 曰裂 隙 中 流 体 的 温 度 场 会 受 到 流 体 的 流 动 特 征 以 及 热 储 层 温 度 场 的 影 响 曰注 水 流 量 是 影 响 EGS 运 行 寿 命 和 开 采 率 的 关 键 因 素 袁较 大 的 注 水 流 量 会 产 生 流 动 短 路 袁进 而 缩 短 EGS 的 运 行 寿 命 袁但 会 提 高 EGS 的 开 采 率 遥 关键词院 增 强 型 地 热 系 统 曰 干 热 岩 曰 水 平 井 曰 平 行 多 裂 隙 曰 数 值 模 拟 中图分类号院 TK529 文献标志码院 A 文章编号院 1671-5292渊2019冤07-1091-09
增强地热系统数值模拟与开采优化理论
摘要世界能源格局的变化使得储量大、污染小的干热岩备受关注，特别是实现干热岩高效开发的增强型地热系统（EGS）受到研究者的广泛追捧。
为研究EGS开采过程中各物理场的变化过程，利用数值模拟来演化其开发过程中所引起的渗流场、温度场以及应力场的复杂变化规律，解决其热流固(thermo-hydro-mechanical,THM)耦合问题是很有必要的。
同时由于超临界二氧化碳特殊的热物理学性质，研究其在EGS热开采过程中的作用对EGS高效开发和环境保护有都着十分重大的意义。
本文基于渗流场、温度场以及应力场方程建立增强地热系统THM耦合数学模型。
根据不同温度、压力条件下的流体密度、粘度、常压热容以及导热系数的函数关系式，利用有限元模拟方法建立更接近实际储层的离散裂缝网络模型来数值模拟其储层内渗流场、温度场以及应力场的变化过程。
不同注入参数对EGS换热效率影响结果表明：注入井压力越高、生产井压力越低、注入温度越高，各生产井流速越大、温度越低。
此外，研究发现各生产井的井位以及压力对EGS换热效率影响很大。
因此本文基于SPSA优化算法分别建立以净换热量、净发电量为目标函数的EGS开采优化模型，确定出目标函数最优值情况下各生产井的最优井位以及压力值。
根据超临界二氧化碳特殊的热物理学性质，利用数值模拟对比其和水作为换热介质情况下EGS开采各生产井流速与温度变化情况发现：相较于水，超临界二氧化碳作为换热介质时各生产井的流速提升4倍左右。
同时研究发现，超临界二氧化碳的强流动性使得各生产井的流速和温度变化对不同注入参数的敏感性更强。
利用优化算法优化以净换热量为目标函数的超临界二氧化碳开采EGS结果表明，优化后整个EGS换热范围更大，换热更均匀，净换热量大幅度提升。
关键词：增强地热系统，THM耦合，离散裂缝网络模型，SPSA，超临界二氧化碳The Numerical Simulation and Exploitation Optimization Theory ofEnhanced Geothermal SystemLong Tao(Oil & Gas Field Development Engineering)Directed by Zhang KaiAbstractThe change of the world energy pattern makes the dry-hot rocks with large reserves and small pollution have attracted much attention, in particular, the enhanced geothermal system (EGS) for efficient dry-hot rock development has been widely sought after by researchers.In order to study the changing process of each physical field during the EGS mining process, numerical simulation is used to evolve the complicated changing law of seepage field, temperature field and stress field caused by its development process, and to solve its thermo-hydro-mechanical (THM) Coupling issues are necessary.At the same time, due to the special thermophysical properties of supercritical carbon dioxide, studying its role in the thermal recovery of EGS is of great significance for the efficient development of EGS and environmental protection.Based on the seepage field, temperature field and stress field equation, the THM coupling mathematical model of enhanced geothermal system is established. According to the function relationship of fluid density, viscosity, atmospheric heat capacity and thermal conductivity under different temperature and pressure conditions, a discrete fracture network model closer to the actual reservoir was established by finite element simulation method to simulate the change of seepage flow field, temperature field and stress field in the reservoir.The effect of different injection parameters on EGS heat transfer efficiency results show that the higher the injection pressure, the lower the production pressure and the higher the injection temperature, the higher the flow rate and the lower the temperature in each production well.In addition, the study found that well locations and pressures in each production well had a significant impact on EGS heat transfer efficiency. Therefore, based on the SPSA optimization algorithm, an EGS mining optimization model with net heat transfer and net power generation as objective functions is established respectively to determine the optimal well position and pressure value of each production well under the function optimal value.According to the special thermophysical properties of supercritical carbon dioxide, numerical simulation is used to compare the flow rate and temperature change of EGS production wells in both cases of water and supercritical carbon dioxide as the heat transfer medium. The results show that the production flow rate of all wells increased to about 4 timesCompared to water.At the same time, it is found that the strong fluidity of supercritical carbon dioxide makes the production flow rate and temperature change more sensitive to different injection parameters.The results of EGS using optimization algorithm to optimize the net heat exchange as the objective function show that the EGS has better heat transfer range, more uniform heat transfer and more net heat transfer after optimization.Key Words: enhanced geothermal gystem, THM coupling, discrete crack network model, SPSA, supercritical carbon dioxide目录第一章绪论 (1)1.1 研究目的及意义 (1)1.2 国内外研究现状及存在问题 (1)1.2.1 增强地热系统研究现状 (1)1.2.2 多场耦合研究现状 (2)1.2.3 最优化方法研究 (5)1.2.4 二氧化碳开采增强地热系统研究现状 (5)1.3 选题依据与研究内容 (7)1.3.1 选题依据与研究意义 (7)1.3.2 研究内容 (7)1.4 技术路线 (9)第二章增强地热系统开采数值模拟 (10)2.1 基本假设 (10)2.2 数学模型 (10)2.2.1 渗流场方程 (10)2.2.2 温度场方程 (11)2.2.3 应力场方程 (12)2.3 THM耦合作用 (13)2.3.1 渗透率耦合特性 (13)2.3.2 流体耦合特性 (13)2.4 增强地热系统数值模拟 (14)2.4.1 二维离散裂缝网络模型 (14)2.4.2 增强地热系统数值模拟算例 (15)2.4.2 注入参数对EGS热开采效率影响分析 (21)2.5 本章小结 (25)第三章增强地热系统开采优化 (27)3.1 目标函数 (27)3.1.1 净换热量作为目标函数 (27)3.1.2 净发电功率作为目标函数 (27)3.2 优化方法 (30)3.3 优化结果 (31)3.3.1 净换热量作为目标函数优化结果 (31)3.3.2 净发电功率作为目标函数 (41)3.4 本章小结 (47)第四章超临界二氧化碳增强地热系统研究 (48)4.1 超临界二氧化碳特性 (48)4.2 超临界二氧化碳基本物性 (49)4.2.1 密度 (49)4.2.2 粘度 (50)4.2.3 常压热容 (51)4.2.4 导热系数 (51)4.3 超临界二氧化碳开采EGS数值模拟 (52)4.4 注入参数对超临界二氧化碳开采EGS热效率影响分析 (55)4.5 超临界二氧化碳优化开采EGS (59)4.6 本章小结 (63)结论 (64)参考文献 (65)攻读硕士学位期间取得的学术成果 (71)致谢 (72)中国石油大学（华东）硕士学位论文第一章绪论1.1 研究目的及意义化石能源的短缺以及其所带来的环境污染和生态破坏问题使得可再生能源成为世界各国关注的焦点。
中国石油塔里木油田公司首创超深复杂地层五压力预测技术
天 然 气 工 业2021年第41卷· 188 ·Journal of Jilin University (Earth Science Edition), 2014, 44(5): 1633-1646.[13] LUO Feng, XU Ruina, JIANG Peixue. Numerical investigationof fluid flow and heat transfer in a doublet enhanced geothermal system with CO2 as the working fluid (CO2-EGS)[J]. Energy, 2014, 64: 307-322.[14] 罗良, 曹文炅, 蒋方明. 增强型地热系统采热的分形分叉网络模型[J]. 工程热物理学报, 2015, 36(2): 388-392.LUO Liang, CAO Wenjiong, JIANG Fangming. Fractal branch network model of heat extraction in EGS[J]. Journal of Engineer-ing Thermophysics, 2015, 36(2): 388-392.[15] 袁益龙, 侯兆云, 雷宏武, 等. 增强型地热系统井筒—储层耦合数值模拟分析[J]. 可再生能源, 2015, 33(3): 421-428.YUAN Yilong, HOU Zhaoyun, LEI Hongwu, et al. Numerical simulation analysis of wellbore-reservoir coupling of EGS[J].Renewable Energy Resources, 2015, 33(3): 421-428.[16] 黄小雪. 增强型热储基于热—流—固多场耦合模型与传热特性的研究[D]. 天津: 天津大学, 2016.HUANG Xiaoxue. Study on numerical modelling based on ther-mo-hydro-mechanical coupling and heat transfer in enhanced geothermal systems[D]. Tianjin: Tianjin University, 2017. [17] SONG Xianzhi, SHI Yu, LI Gensheng, et al. Numerical simulationof heat extraction performance in enhanced geothermal system with multilateral wells[J]. Applied Energy, 2018, 218: 325-337.[18] ZENG Yuchao, SU Zheng, WU Nengyou. Numerical simulationof heat production potential from hot dry rock by water circulating through two horizontal wells at desert peak geothermal field[J]. Energy, 2013, 56: 92-107.[19] ZHANG Jie, XIE Jingxuan, LIU Xueling. Numerical evaluationof heat extraction for EGS with tree-shaped wells[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer, 2019, 134: 296-310. [20] ALIYU M D, CHEN Huapeng. Sensitivity analysis of deepgeothermal reservoir: Effect of reservoir parameters on production temperature[J]. Energy, 2017, 129: 101-113.（修改回稿日期 2021-01-20 编辑 罗冬梅）本文互动中国石油塔里木油田公司首创超深复杂地层五压力预测技术截至2021年3月10日，中国石油天然气股份有限公司重点井——恰探1井实钻进度比计划提前30天，未出现钻井复杂情况，提速效果明显。
裂隙型热储模型及CO2换热流体的增强型地热系统数值模拟
Ｇ Ｅ Ｏ Ｔ Ｈ Ｅ Ｒ ＭＡＬ ＥＮＥ Ｒ ＧＹ ・ ３・
裂隙型热储模型及 Ｃ Ｏ ２ 换热流体的增强型地热系统数值模拟
朱家玲 ，黄小雪 ，李 君
（ 天津大学机械工程学院 ， 天津 ３ ０ ０ ０ ７ ２）
摘要 ：增强型地 热系统利用储存 于地球 内部的地热 资源 ， 通过 注入循环流体 、 与深层 的高 温 岩体换热 ， 将热能转化 为电能或直接应用 。 和其他可再生能源相 比 ， 增强 型地热 系统具 有分 布 广泛 、 供应稳定 、 清洁 、 对环境影 响较小等特点 ， 近年来受关注程度不断提升 。 从８ ０年代开始 ， 许 多发达 国家 开始了试验研究 ， 迄今 已建立 了一定规模 的地热 电站 。 地下系统具有复 杂性 和 不确定 性 ， 通过数值模拟可 以获得整个研 究区域任意点 的参数 ， 因此 ， 在地热 能开发利用的设 计和运行 阶段 ， 数值模 拟具 有重要意义 。 本文对文献 中采用 的模型进行 了分类 ， 并介绍 了近年 来研究较活跃 的利用 Ｃ Ｏ： 作 为换热介质 的增 强型地热 系统方 面的数值模拟研究进展 。 关键词 ： 工程热物理 ； 增强型地热系统 ； 数值模拟 ； Ｃ Ｏ ２
型， 模 型包 括两 部分 ： 低孑 Ｌ 隙度 的岩 石和 较 高孔 隙
度 的裂隙。 每个子区域都是均匀的多孔介质 ， 可分 别设置物性参数 。 在各个子 区域 内部仍然存在局
部 热平 衡 的假 设 ， 但 可 以 近 似 地 考 虑岩 石 和 裂 隙
流体间的换热 。 双孔 隙度模型通常用来描述简化 后的理想 几何形状的裂隙网络 ， 也很难 确定两个
括 流体相 。
１ ． １ 局部 热平衡 假设
增强型地热系统垂直裂隙热储热开采过程数值模拟
增强型地热系统垂直裂隙热储热开采过程数值模拟胡剑;苏正;吴能友;翟海珍;曾玉超【摘要】增强型地热系统(Enhanced Geothermal System,EGS)作为开采深层地热资源最为有效的方法已经成为国际研究热点.充分探究EGS运行时热储内热量的开采过程对评估EGS性能及今后EGS商业开采过程中工程优化控制有着重要意义.文章建立了平行相间的垂直裂隙系统EGS开采模型,运用FLUENT软件对多平行垂直裂隙情形下增强型地热系统热储热开采过程进行了数值模拟.同时,通过改变对热储热开采过程有影响的裂隙宽度和水流速度两个参数,对比研究了其对热储热开采过程的影响.研究结果显示,裂隙宽度和水流速度对热储热开采过程影响较大,且影响效应几乎一致.当裂隙宽度为1 mm、裂隙水流速度为1 cm/s时,开采20 a时间内无论是裂隙宽度扩大1倍还是水流速度提高1倍,对热储内经济可用热能的开采率提升均超过25％,对热储内热能开采速率提升达到252％.%As the most effective method to extract deep geothermal resources,enhanced geothermal systems (EGS) has been a hot spot of academic research all over the world.It is of vital significance to make a full understanding mining process of the heat in reservoir for assessment of reservoir performance and project's optimal control.In this paper,a numerical simulation has been made to study the heat mining process in the EGS reservoir by FLUENT with vertical multi-fracture model.And the value of two influential factors,fracture width and fluid velocity has been changed to find out how they will affect the heat mining process.The results showed both the two factors have a heavy but nearly the same influence on the heat mining process.And either 1 mm of the original fracture width or 1 cm/s of fluidvelocity is doubled,the mining ratio of economic & available heat energy in the reservoir has increased by over 25％,and also the mining rate of heat energy in the reservoir has increased by 252％.【期刊名称】《可再生能源》【年(卷),期】2014(032)006【总页数】7页(P829-835)【关键词】增强型地热系统;地热能;热开采;垂直裂隙;数值模拟【作者】胡剑;苏正;吴能友;翟海珍;曾玉超【作者单位】中国科学院广州能源研究所,广东广州510640;中国科学院大学,北京100049;中国科学院广州能源研究所,广东广州510640;中国科学院广州能源研究所,广东广州510640;中国科学院广州能源研究所,广东广州510640;中国科学院大学,北京100049;中国科学院广州能源研究所,广东广州510640;中国科学院大学,北京100049【正文语种】中文【中图分类】TK520 引言增强型地热系统作为开发地热能的两个发展方向之一，已经引起了各国学者的极大关注。
地下水源热泵系统和太阳能辅助热源系统的地温场数值模拟研究
地下水源热泵系统和太阳能辅助热源系统的地温场数值模拟研究吕天奇;张延军;于子望;朱成成;类红磊【摘要】地下水源热泵系统的地温场数值模拟研究对浅层地热能开发利用项目具有重要意义.通过TOUGH2建立地下水源热泵系统的水-热耦合模型,模拟了研究区多年地温场变化趋势以及抽灌井温度变化.结果表明地下水源热泵系统运行10年后部分组团出现大量冷堆积现象,影响供暖温度.依据本结果,结合场地条件,针对冷堆积现象采用太阳能辅助热源系统进行系统强化设计,并模拟研究强化后的地温场多年变化趋势,结果表明太阳能辅助热源系统可以有效提高供暖温度.【期刊名称】《探矿工程-岩土钻掘工程》【年(卷),期】2018(045)001【总页数】5页(P79-83)【关键词】地下水源热泵;太阳能辅助热源;浅层地热能;TOUGH2;数值模拟;地温场;强化设计【作者】吕天奇;张延军;于子望;朱成成;类红磊【作者单位】吉林大学建设工程学院,吉林长春130026;吉林大学建设工程学院,吉林长春130026;吉林大学建设工程学院,吉林长春130026;吉林大学建设工程学院,吉林长春130026;吉林大学建设工程学院,吉林长春130026【正文语种】中文【中图分类】TU8320 引言地下水源热泵系统作为地源热泵系统的一种，其工作原理是将地下水通过热泵技术，并加以少量的高位电能，完成热量从低到高的位能转换，以此来为建筑物等提供热或冷的系统[1]。
地下水源热泵在国内的应用始于20世纪90年代中后期[2],具有高效节能、环保的特点，并且属可再生能源利用技术、可一机多用，应用范围广，其运行稳定可靠，维护方便[3]，因此，地下水源热泵成为了21世纪比较具有发展前景的研究方向。
我国浅层地热能资源的开发利用具有极大的潜力，但是由于地下水源热泵系统的建立受到地质条件、水文条件和温度场条件等影响，往往在建成后的若干年内出现效率下降和系统不平衡等负面现象[4]，因此，为了改善这种情况，对地下水源热泵的运行进行数值模拟以分析预测其可行性，并针对缺陷进行优化处理，是比较常用的开发利用浅层地热能资源的前期研究手段。
松辽盆地增强型地热系统(EGS)地热能开发热-水动力耦合过程
松辽盆地增强型地热系统(EGS)地热能开发热-水动力耦合过程雷宏武;金光荣;李佳琦;石岩;冯波【期刊名称】《吉林大学学报：地球科学版》【年(卷),期】2014(0)5【摘要】增强型地热系统地热能开发涉及到热和水动力的耦合,对应的温度和压力场时空变化特征是评价地热开发效果的关键问题。
基于松辽盆地徐家围子深部地质条件,采用TOUGH2进行了地热能开发过程中裂隙-孔隙介质系统中温度和压力变化的数值模拟,分析了不同埋深水平情况下地热能开发的差别,研究了孔隙基质和裂隙介质的渗透率和孔隙度、岩石导热系数、井径、注入压力、注入温度及裂隙周围基质因素对地热能开发的影响。
结果表明:采用定压力开发时生产井抽出控制整个区域的压力分布,压力梯度在注入井区域较大,并随着开发的进行,注入井的注入对压力的影响逐渐增大;温度由注入井到生产井逐渐增大,并随着开发的进行温度降低范围逐渐向生产井扩大;质量和热提取速率随时间逐渐减小。
不同埋深位置的模拟结果显示,埋深大的温度相对较高,水的流动性较强,质量和热提取速率较高,压力和温度变化幅度均较大。
裂隙系统的渗透率、注入井/生产井压力和注入温度、井径对深部地热开采过程中的压力和温度影响较大,从而影响热的提取效率;而孔隙基质的渗透率和孔隙度、裂隙介质的裂隙度和岩石的热传导系数的影响并不明显。
【总页数】14页(P1633-1646)【关键词】增强地热系统;热-水动力耦合;数值模拟;松辽盆地【作者】雷宏武;金光荣;李佳琦;石岩;冯波【作者单位】吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室【正文语种】中文【中图分类】P641.69;TK529【相关文献】1.GFZ Potsdam和欧洲EGS项目增强型地热系统的地热研究 [J], Gunter Zimmermann;2.EGS地热能开发过程中水岩作用对热储层特征的影响 [J], 李佳琦;魏铭聪;冯波;雷宏武;许天福3.渤海湾盆地应用增强型地热系统(EGS)的地质分析 [J], 蒋林;季建清;徐芹芹因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
增强地热系统停止运行后温度恢复过程的数值模拟
增强地热系统停止运行后温度恢复过程的数值模拟刘汉青;胡才博;赵桂萍【期刊名称】《中国科学院大学学报（中英文）》【年(卷),期】2024(41)2【摘要】在增强地热系统(EGS)运行过程中,干热岩(HDR)人工储层的温度会迅速下降,外界的热量补充速度远远跟不上系统热量提取的速度,同时也会对人工储层的流体压力产生巨大的影响,EGS停止运行以后人工储层温度和压力场会逐渐的恢复到初始状态。
前人对干热岩开采过程中的温度场和流体压力场变化做了大量研究,但很少关注停止开采以后人工储层的温度恢复过程和流体压力场变化,而停止开采以后的温度场恢复过程对于新的地热井选址和废弃地热井的重新利用具有重要意义。
利用数值模拟软件COMSOL Multiphysics建立双井EGS运行过程和停止运行之后两个阶段的二维热-孔隙流体耦合数值模型,模型考虑了放射性生热的贡献和不同热导率的影响。
研究表明:在EGS运行期间,热对流是热量交换的主要方式,人工储层温度下降过程很快,19 a后EGS已经到达运行寿命,68 a后HDR人工储层已经失去开采价值。
而地热开采停止以后,人工储层温度的自然恢复过程长达万年,热传导是主要的热量传递和温度恢复方式,热导率越高,人工储层温度恢复越快。
【总页数】9页(P222-230)【作者】刘汉青;胡才博;赵桂萍【作者单位】中国科学院大学地球与行星科学学院、中国科学院计算地球动力学重点实验室【正文语种】中文【中图分类】P315【相关文献】1.增强型地热系统垂直裂隙热储热开采过程数值模拟2.增强型地热系统热开采过程的数值模拟研究3.增强型地热系统水平井平行多裂隙换热过程数值模拟4.增强型地热系统热流固耦合过程数值模拟研究5.储层特征对水平井多裂隙增强型地热系统采热过程影响的数值模拟研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
双水平井开发非均质地热储层的热-水动力研究
双水平井开发非均质地热储层的热-水动力研究
白名宏;马秀英;孙景博;毕馨予;徐加祥
【期刊名称】《石化技术》
【年(卷),期】2024(31)1
【摘要】地热资源是双碳背景下潜力巨大的可再生能源,本研究针对孔隙型地热储层建立了一种井筒-热储中热-水动力耦合模拟的双水平井开发模型。
该模型将热储在纵向上划分为渗透率和孔隙度不同的三个小层,每层中的渗透率在对应范围内随
机分布,并采用多物理场耦合的方式模拟工作流体的渗流换热过程。
结果表明:增大
注采水平井之间的间距均不利于采出井温度的保持,模拟条件下注采井在平行和垂
直于井筒方向的最优间距分别为1000m和400m;在高渗透层和低渗透层分别布置注入井和采出井可以提高热储整体的开发比例,但是采出井筒温度下降较快,反之采
出井筒可以维持较长时间的高温,但是热储整体开发比例很低。
【总页数】3页(P184-186)
【作者】白名宏;马秀英;孙景博;毕馨予;徐加祥
【作者单位】辽宁石油化工大学石油天然气工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TE3
【相关文献】
1.非均质储层三维水平井轨道设计研究与应用
2.面积注水条件下地水平井实例研究：对非均质碳酸盐岩储层中水平井…
3.基于多段井模型的非均质储层水平井分段动用
政策研究4.层内非均质油藏水平井二元堵水可视化实验研究5.强非均质超稠油砂储层双水平井扩容启动数值模拟研究
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温度控制下的煤层气储层物性动态演化研究
温度控制下的煤层气储层物性动态演化研究蔡益栋;刘大锰;姚艳斌;李俊乾;郑贵强【期刊名称】《地学前缘》【年(卷),期】2014(21)1【摘要】为研究热对煤储层的改造作用,采用不同煤级具有代表性的12件煤样.考虑煤级差异、温度作用差异以及核磁共振(NMR)在研究孔隙流体中的技术优势等,对煤样进行了显微组分、镜质体反射率、孔渗测试以及孔隙结构的压汞和NMR实验,研究了煤储层核磁共振特征、T2谱响应特征、孔径分布、核磁共振孔隙度及核磁渗透率、可动流体等,同时对比了不同变质程度煤储层孔隙结构特征及其对煤层气储层物性的控制作用.温度变化下的煤储层物性研究结果表明:热的作用对各煤级煤储层孔隙度都有改善作用,但是对低煤级影响最大,其次为中煤级,最后为高煤级煤储层.温度对不同煤级煤岩的渗透性影响迥异.高挥发份烟煤受热后渗透率增加了一个数量级.低挥发份烟煤受热后渗透率则下降了一个数量级,这应与煤岩热膨胀性有关.无烟煤渗透率总体变化不明显,说明热作用对高煤级煤储层改造意义不大.【总页数】9页(P240-248)【作者】蔡益栋;刘大锰;姚艳斌;李俊乾;郑贵强【作者单位】中国地质大学(北京)能源学院,北京100083;中国地质大学(北京)能源学院,北京100083;中国地质大学(北京)能源学院,北京100083;中国地质大学(北京)能源学院,北京100083;华北科技学院安全工程学院,河北廊坊065201【正文语种】中文【中图分类】P618.13【相关文献】1.储层宏观物性参数随注水开发动态演化模式研究 [J], 杜玉洪;张继春;侯翠芬2.成庄煤层气区块15号煤层气储层物性及特征研究 [J], 李文桃3.车西洼陷陡坡带沙三下亚段近岸水下扇储层成岩演化及其对储层物性影响 [J], 曹刚;王星星;朱筱敏;曲全工;吴陈冰洁;贺敬聪;戴博毅4.黔西滇东区块储层物性制约下煤层气开发潜力评价 [J], 李洋阳;杨兆彪;孙晗森;张争光;吴丛丛5.液氮冷冲击作用下煤层气储层的裂隙演化 [J], 严红;田李鹏;冯锐敏;Hani MITRI;陈俊智;张博因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
钻井渗漏问题的数值模拟分析预测技术
钻井渗漏问题的数值模拟分析预测技术
吕苗荣;张玉波;孙书贞;赵磊
【期刊名称】《石油天然气学报》
【年(卷),期】2001(023)002
【摘要】通过研究某油田调整井井漏资料，对各种可能的研究井漏方法进行了探
索分析之后，采用多孔介质中的多相流规律、数值计算方法和系统模拟技术来分析预测渗透性井漏问题，获得了理想的效果，并开发了相应的系统计算软件。
该方法的正演模拟可以实现井漏动态的预测和计算，反演模拟可以实现地层渗透率和地层压力的求取。
这一应用软件采用Power Builder语言开发，具有效率高、精度好、适应性强等优点。
【总页数】3页(P10-12)
【作者】吕苗荣;张玉波;孙书贞;赵磊
【作者单位】江汉石油学院石油工程系,;江汉石油学院化学工程系,;中原油田分公司勘探开发科学研究院,;中原油田分公司勘探开发科学研究院,
【正文语种】中文
【中图分类】TE28
【相关文献】
1.水库库区渗漏的三维数值模拟及处理措施影响分析 [J], 崔炜;马军;朱银邦;颜新荣;刘毅;王晓强
2.高泉水库三维渗流数值模拟及坝基渗漏原因分析 [J], 林兴超;汪小刚;陈文强;任
爱武
3.流场法探测堤坝渗漏数值模拟及分析 [J], 白广明;张守杰;卢建旗;杨甫权
4.基于离散元数值模拟的应变分析和裂缝预测技术 [J], 蔡申阳;尹宏伟;李长圣;贾东;汪伟;陈竹新;魏东涛
5.钻井过程中渗漏及堵漏技术分析 [J], 王跃军
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6 ΔP=3 MPa
4 ΔP=1 MPa
2
净 热 提 取 率 /MW
0
0
2
4
6
8
10
注 入 压 力 /MPa
（a）净 热 提 取 率
表 3 模拟方案 Table 3 Simulation scheme
储层初始温度/℃ 渗透率/mD 裂隙间隔/m
130
12
20
140
22
30
150（基 准 ）
32（基准） 50（基准）
160
48
70
170
64
100
布井方式
2 点垂直（基准） 2 点水平
2.6 模拟结果及分析 2.6.1 生产压力
当开采压差和注水温度相同时， 以水为载热 工质的平均净热提取率、 平均产流速率和产流温 度不受注入压力大小影响（图 1），即不受生产压 力大小影响。这是因为当开采压差相同时，水在储 层中流动的驱动力相等， 其流动过程以及与储层 换热过程完全相同。 因此选择大气压作为生产压 力， 在保证不影响储层开采潜力的基础上可实现 经济开采的目的。
天福总结了 EGS 开发的关键技术方法[4]。 汪集旸
EGS 靶区位于松辽盆地北部莺深井区，根据
对 大 陆 干 热 岩 地 热 资 源 潜 力 进 行 了 分 析 评 估 [5]。 区内莺深 2 井钻井过程所取岩样物性分析资料，
王晓星总结了法国苏尔示 EGS 场地 20 多年开发 综合考虑孔隙度、 渗透率及地层温度等参数后选
Wh=F（hpro-hinj）
（1）
式中：F 为质量流速，kg/s；hpro，hinj 分别为产流热焓 和注入流体热焓，kJ/kg。
假定提取的热量全部用于发电， 由热力学第
二定律可知，能够进行转换的热量为 Wh（1-T0/Tpro），
其中 T0 为最小转换温度，研究区 T0=293.15 K，Tpro 为产流温度，T0/Tpro 的计算应采用绝对温度[2]。 热 能 转 换 为 电 能 的 有 效 利 用 系 数 为 0.45[1]，那 么 发
0 引言
素， 而井筒是地表和地下热储层发生物质和能量
干 热 岩 （HDR）是 指 地 下 3～10 km 处 低 渗 透 交换的主要通道， 忽略井筒必然为模拟结果带来
性的高温岩体 （主要是变质岩或结晶类岩体），其 一定的误差。因此，本文以松辽盆地徐家围子为研
温度为 150～650 ℃。 利用水力压裂等作业措施形 究对象， 采用井筒-储层耦合数值模拟方法定量
ห้องสมุดไป่ตู้
取值 2 440
2.1 920 37.1～38.2 150 0.2 20
2 50 0.50 32 0.08 0.32
2.5 模拟方案及目标 参 考 MIT[12]报 告 优 化 开 采 目 标 ，设 定 在 30 a
开采周期内，产流温度降低不超过 10 ℃时，使储 层有最大净热提取总量， 以此为基础获得最优的 注入压力和生产压力， 进而分析优化开采方案下 的采热特征。 具体参数取值见表 3，所有参数分析 均为单因素变量分析，当一个参数变化时，其它参 数均设置为基准值。
收稿日期： 2014-09-14。 基金项目： 国家高新技术发展（“863”）计划项目（2012AA052801）。 作者简介： 袁益龙（1990-），男，硕士研究生，从事地下流动系统多相流多组分 THMC 耦合数值模拟程序开发和应用工作。
E-mail：530882987@ 通讯作者： 冯 波（1982-），男，博士，讲师，从事水资源与水环境评价工作。 E-mail：fengbo82@
单 位 长 度 井 筒 获 得 或 损 失 的 热 量 ；C0 为 配 置 参 数 ；uG 为 气 相 速 率 ；uL 为 液 相 速 率 ；um 为 混 合 速
率；ud 为漂流速率；ρm 为混合密度。
2.2 主要性能指标
双 井 EGS 系 统 的 主 要 参 数 可 参 考 文 献 [9]，
[10]，其净热提取率 Wh 计算公式为
经验和成果[6]。 苏正总结了美国新墨西哥州芬登 择 营 成 组 三 段 上 部 的 含 气 火 山 岩 储 层 为 EGS 潜
山 EGS 场地开发过程中的关键问题[7]。
在 开 发 层 位 。 目 标 储 层 埋 藏 于 地 下 3 879.4 ～
前述相关数值模拟研究大都没有考虑井筒因 4 015.4 m，累积厚度为 136.0 m，储层顶、底部地层
力， 可以在花费很少人力和物力的基础上实现 1 研究区概况
EGS 开采大时间尺度的研究，同时可以了解地下
松辽盆地位于中国东北地区中部， 面积约为
热 水 的 运 移 过 程 。 Sanyal 和 Butler 基 于 Desert 2.60×105 km2。 盆地内主要沉积了中、新生代的沉
Peak 场地 资 料 利 用 数 值 方 法 分 析 了 储 层 的 热 开 积岩系，从下而上依次为古生界基底、晚侏罗系、
电功率 We 的计算公式为
We=0.45Wh（1-T0/Tpro）
（2）
阻抗 IR 的计算公式为
IR=（Pinj-Ppro）/F
（3）
式中：Pinj 和 Ppro 分别为注入压力和生产压力，MPa。
2.3 概念模型建立
参 考 Desert Peak[2]的 EGS 场 地 压 裂 结 果 ，设
定压裂面积为 500 m×500 m， 累计厚度为 140 m，
础 上 进 行 多 重 介 质 （MINC） 剖 分 [11]， 基 质 剖 分 3
层。注入的冷水在裂隙系统中迁移，基质通过热传
导方式对流体进行加热。
根据地表平均温度 15 ℃和地温梯度 获 得 井
筒中初始温度分布， 储层初始温度分布在深度上
袁益龙，等 增强型地热系统井筒-储层耦合数值模拟分析
与井筒保持一致； 储层和井筒的初始压力均满足 静水压力分布。由于储层侧边界未进行压裂，上下 边界均为致密岩石， 故将储层侧边界设置为隔水 边界； 虽然压裂区域外部热量在边界上可通过热 传导方式进入储层，但热传导过程很慢，且传导热 量相对于整个热储层来说很小，可以忽略，因此将 此边界设置为隔热边界。 2.4 模型参数
模型中所涉及参数根据实际目标地层及参考 文 献[2]选 取 ，主 要 包 括 储 层 裂 隙 、孔 隙 特 征 参 数 和井筒特征参数（表 2）。
表 2 井筒-储层模型参数 Table 2 Wellbore and reservoir model parameters
模型参数 岩 石 密 度 /kg·m-3 岩 石 热 传 导 率 /W·（m·℃）-1 岩 石 比 热 容 /J·（kg·℃）-1 地 层 压 力 /MPa 储 层 平 均 温 度 /℃ 井 径 /m 注 水 温 度 /℃ 裂 隙 系 统 裂 隙 率 /% 裂 隙 间 隔 /m 裂隙孔隙度 裂 隙 渗 透 率 /mD 基质孔隙度 基 质 渗 透 率 /mD
第 33 卷 第 3 期 2015 年 3 月
可再生能源
Renewable Energy Resources
Vol.33 No.3 Mar. 2015
增强型地热系统井筒-储层耦合 数值模拟分析
袁益龙， 侯兆云， 雷宏武， 冯 波， 许天福 （吉林大学 地下水资源与环境教育部重点实验室， 吉林 长春 130021）
裂隙系统渗透率为 32 mD，孔隙度为 50%，裂隙间
隔为 50 m。 压裂区采用规则正方体剖分方 式 ，X
方向和 Y 方向各剖分 25 层，Z 方向剖分 7 层，网
格边长为 20 m。 井筒与储层连接部分剖分厚度为
20 m，储层以上部分剖分厚度为 50 m。 为了获得
基质内部之间的压力和温度分布， 在主网格的基
ρm ρ*m
um-
ρE ρ*m
ud
uL=
（1-SGC0）ρm （1-SG）ρ*m
um-
SGρG （1-SG）ρ*m
ud
表 1 中 ，κ 代 表 不 同 组 分 ；Mκ 为 质 量 或 能 量
·422·
累 积 项 ；Fκ 为 质 量 或 能 量 运 移 项 ；qκ 为 质 量 或 能
量源（汇）项 ；φ 为 孔 隙 度 ；Sβ 为 β 相 饱 和 度 ；ρβ 为
成人工热储层，通过注入载热流体开采出干热岩中 研究靶区内概化储层（本研究所建立的概念模型）
热能的人工地热系统，叫做增强型地热系统（EGS）。 开采潜力， 并定量分析模型不确定因素和参数对
水的比热容较大， 普遍被认为是一种优良的 储层开采潜力的影响，希望能为我国 EGS 场地选
载热流体， 通过数值模拟研究 EGS 水-热开采潜 址、工程建设等提供理论依据。
摘 要： 干热岩是指地下 3～10 km 处低渗透性的高温岩体。 增强型地热系统（EGS）是利用水力压裂等作业措施
形成人工热储层，通过注入载热流体以经济地开采出干热岩中热能的人工地热开采系统。 目前，关于干热岩储
层开采潜力是否满足商业开采目标，以及如何提高 EGS 开采潜力是 EGS 研究的重点。 文章首先对 EGS 的发展
对储层开采潜力影响较小。
关键词： 干热岩； 增强型地热； 井筒-储层耦合数值模拟； 松辽盆地； 开采潜力
中图分类号： TK521.2； O242 文献标志码： A 文章编号： 1671-5292（2015）03-0421-08
DOI:10.13941/ki.21-1469/tk.2015.03.015
能量通量 相速 井筒 能量累积项
能量通量
相速
Σ Fκ+1=-λ塄T+ hβFβ β
uβ=-k
krβ μβ
（塄Pβ-ρβg）
Σ M3=
β
ρβSβ（Uβ+
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