封闭地热系统水平井采热储层内渗流与传热的有限元模拟

摘要：

地热能是储量巨大、分布广泛且供给稳定的清洁能源.地热发电对经济发展和环境保护都具有重要意义.然而,现有地热电站广泛采用的开放性采热模式易导致发电设备结垢与腐蚀、循环水流量不足与波动、自耗功率高等问题.采用传热工质与地热储层分离的封闭性采热模式,不但能根治上述问题,而且提升了选择传热工质和设计传热循环的灵活性.本研究采用有限元方法数值模拟水平井采热的封闭地热系统中自然对流强化储层内渗流与传热的动力学过程,系统分析了水平井温度、水平井位置、储层渗透率、水平井周围渗透率强化改造范围及储层厚度-宽度比等关键因素对采热热流和采热年限的影响,从而为适用于地热发电的大型封闭地热系统设计和工程实践提供理论指导和基础数据.模拟结果表明,在水平井周围半径10 m区域内进行渗透率强化改造就能够启动和强化自然对流,大幅提高未强化改造区域的地热开采;水平井从储层采热的先后次序由自然对流区域逐渐拓展控制,开发厚地热储层并将水平井设置在储层高处能够提高采热效率并延长采热年限;驱动自然对流的水平井-储层温差与采热热流不成正比但正相关;地热储层内存在的稳态背景自然对流对水平井采热有显著贡献.

关键词：封闭地热系统、水平井、采热、自然对流、有限元模拟

所属期刊栏目：66

分类号：P314(大地（岩石界）物理学（固体地球物理学）)

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金

在线出版日期：2023-01-16（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共18页

页码：314-331