第六届非常规油气地质评价暨新能源学术研讨会
6th Symposium on Unconventional Oil and Gas Geological Evaluation and New Energy

251 / 2021-06-17 16:21:56

增强型地热系统一体化数值模拟研究

干热岩，增强型地热系统，一体化模型，数值模拟

地热能理论与技术

近年来，日益增长的能源需求和备受重视的环境问题使得清洁可再生能源的开发利用成为国家经济健康可持续发展的重要途径。干热岩是一种埋藏在距地表3~10 km、岩石温度150~650 °C、岩层内几乎没有水或者蒸汽，孔隙率和渗透率极低的热岩体。我国干热岩资源丰富，增强型地热系统作为干热岩开采的重要技术，已经成为研究热点。增强型地热系统场地规模数值模拟常采用基于局部热平衡假设的热储采热模型，对于压裂热储内采热的局部非热平衡效应以及包含注采井、热储、地面发电的系统研究较少。真实干热岩热储基岩致密，少数天然裂缝和人工压裂裂缝无法实现如同常规水热型地热热储性质，因此通常干热岩热储内换热工质流动换热的局部非热平衡效应不可忽略，局部热平衡模型会使得储层出口流体温度和系统运行年限的预测带来一定偏差。针对增强型地热系统，常规普遍的研究方法将地下取热和地上能量转换系统二者割裂开来研究。地上能量转换建立在生产温度和压力之上，不关注回注温度和压力对地下采热影响。地下采热建立在接近环境温度和比较随意的压力之上，较少考虑地下热储可开采热量与地面热转换系统的优化匹配，如泵功、流量、压力等，对于整个系统发电量和运行年限预测影响很大。

本文首先基于干热岩单裂缝内渗流传热的准则关联式，建立了干热岩热储采热过程的局部非热平衡模型，实现储层内热交换性能的准确描述，如式（1）-（3）所示。其次，建立了干热岩热储—井筒流动传热与地面发电系统耦合分析方法，实现了换热工质在储层内热交换与地面热转换一体化优化设计，如图1所示。

以青海共和盆地恰卜恰地区干热岩目标层热储为研究对象，开展了一注两采井组开发模式下不同循环水量条件下干热岩生产水温和系统发电量预测，对比分析了本文构建开采条件下干热岩热储内局部非热平衡效应，综合考虑发电量、发电稳定性以及系统阻力，在本文构建的干热岩压裂热储和开采井组模式下，完成了循环水量优化设计，为青海共和盆地干热岩发电试验注采方案设计提供一体化模型及优化方法。