增强型地热系统多场耦合数值模拟与开发模式优化
地热资源，尤其是深层地热资源，作为一种绿色低碳的可再生能源，已经引起人们的极大关注。尽管全世界范围已建立多个增强型地热系统工程，但商业性地热开发仍面临很大的限制和挑战：一是寻求一种高效地热开发模式，二是地热开发过程中复杂的温度场渗流场应力场（THM）耦合问题。本论文针对上述两个问题，通过数值模拟方法建立多物理场耦合地热开发模型分析地热开发状况，研究地质参数、裂缝参数以及压裂施工参数对地热产能的影响。本文可为深层地热能高效开发提供理论依据，同时对于地热开发模式的研究以及压裂方案设计也具有工程指导意义。 首先，针对高效地热开发问题，提出多段压裂水平井地热开发模型来分析水平井对地热开采性能的影响，在该部分研究中，分析地热开发中温度场和渗流场的动态变化，并将水平井地热模型与传统垂直地热井进行比较。研究结果表明，多段压裂水平井相比垂直井，多级裂缝可提高注入井生产井之间连通性，大幅提高压裂改造体积和热交换面积，具有更好的地热开发效果。在50年开发时间内，水平井地热开发累产热能4×107J，相比垂直井地热开发累产热能提高1×107J。 然后，针对多物理场耦合问题，考虑到传热、渗流、应力变化过程以及三者之间的相互作用，基于有限元方法建立了三维离散裂缝网络THM耦合数学模型模拟地热开发，在该部分研究中，分别以水和CO2为工作介质，对比二者工作效率，并且分析地质参数和压裂施工参数对开发指标的影响，确定适合的地热开发模式。研究结果表明，天然裂缝的存在不利于地热开发，天然裂缝密度增大0.4%，产出热能平均降低0.06MW，但是在天然裂缝的基础上形成联通裂缝，可大幅提高产热效率，压裂体积增大0.85%，产出热能平均增加0.2MW。另外。采用CO2作为工作流体，与水相比具有更优良的性质，在定注入流量生产条件下，CO2产出流速大，产热效率高，地热开发效果更好。 最后，以华北油田地区留北潜山油田为例，建立THM耦合数学模型进行废弃高温油田地热开发，以CO2为开发介质，研究不同井位布局，是否压裂改造下的开采效果，形成最优开发方案，为未来华北油田地热开发提供指导方案。研究结果表明，针对留北潜山废弃高温油田现有井网，采用一注四采开发方案进行地热开发，同时对注入井进行水力压裂操作可以提高平均产出热能，提高产热效率。
地热开发;增强型地热系统;压裂工艺;地热产能
中国石油大学(华东)
硕士
油气田开发工程
郭天魁
2020
中文
P314
2022-09-29（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）