增强型地热系统开发数值模拟研究

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基于共和盆地恰卜恰地区深层地质条件,采用TOUGH2建立EGS数值模型,模拟分析了对井系统下储层压力场、温度场以及储层内工质流体密度场变化特征,并进一步模拟研究不同因素对系统性能的影响;最后建立不同布井方式模型,对比分析不同布井方式下EGS的开采效率。主要结论如下:开采初期,注入井附近迅速形成一个60℃的低温区域,且注入井附近流体密度达到1003 kg/m~3,而远离注入井储层流体密度均保持在906 kg/m~3左右。由于密度差的原因,初期会在注入井附近形成一个约32.5 MPa的高压区域,随着系统的运行,注入井附近储层热能逐渐被开采上来,低温区范围不断扩大,注入井附近温度不断降低直至接近50℃。该EGS可以稳定运行19年,期间储层流体整体密度不断增大,注入井附近压力不断上升,到30年时,上升到36 MPa,反观开采井附近压力变化很小,仅上升1 MPa。增加注入流量可以得到更大的热提取速率,但同时会增大储层流动阻抗,减少储层寿命;注入流体温度越低,累计热提取量越大,而对储层寿命没有显著影响;本文条件下,最优注入流量30 kg/s,注入温度40℃。储层裂隙渗透率越小,储层寿命越大,同时流动阻抗也越大,但基本不影响系统的热提取速率;对井系统井距越大,储层开采寿命越长,流动阻抗越大。在最优开采参数条件下,储层开采深度越深,系统发电量越多,4000 m储层较3000 m储层可多产电4.43亿度,增益明显,但实际工程中应考虑钻井及储层压裂等成本;开采储层厚度越大,系统累计热提取量和总发电量越大,两者呈线性关系,且厚度为100 m时,储层整体采热率最大,达到68.09%;另外开采储层占地长宽比(体积及厚度一致)越大,EGS总发电量和储层整体采热率均越大,但同时也会造成储层流体流动阻抗增大。在最优开采参数条件下,三井三角式布井方式总发电量达到32.6 MW·a,整体采热率也最高,达到70.55%,干热岩在该布井方式下可以得到较充分的开采;相比于三井三角式布井方式,五点式系统总发电量、整体采热率要小,加之考虑钻井成本不宜采用。实际工程中布井方式应结合经济成本,在对井和三井三角式选取最佳方案。
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