EGS近井区域渗流特性对工质循环路径的影响机制研究
批准号:
41702256
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
23.0 万元
负责人:
曹文炅
依托单位:
学科分类:
环境水科学
结题年份:
2020
批准年份:
2017
项目状态:
已结题
项目参与者:
岑继文、王亦伟、黄文博、董缇、李志斌
中文摘要
增强型地热系统(EGS)以开采地下3-10km干热岩中热能、用于地面发电为目标,代表着一种极富潜力的清洁可再生能源利用技术。近井区域渗流特性将影响EGS工质压力场分布及循环路径,进而决定EGS产能和寿命。本项目将结合细观裂隙尺度和宏观热储尺度模型,研究近井区域渗流特性与井筒、远井区渗流的耦合效应,探讨近井区域等效渗透率分布对工质循环路径的影响机制。优化近井区域等效渗透率分布特征,实现降低井间流阻并抑制流体短路。同时本项目将在实验室开展EGS仿真实验,实验结果用于验证和进一步完善多尺度模型。实验验证后的多尺度模型研究结果将被应用于模拟研究实际EGS(Soultz EGS)近井区域渗流影响下的采热过程,为更优近井区域压裂工艺、地下热储改造提供指导性建议。项目研究成果可以提升人们对近井区域渗流特性的基础认知,为相关关键技术发展提供理论指导,多尺度模型预期将成为EGS研发和设计、优化的有效工具。
英文摘要
Enhanced or engineered geothermal system (EGS), aiming to mine heat from low-permeability crystalline hot dry rocks located at 3-10 km depths below surface for earth-surface power generation, represents a very promising clean and renewable energy utilization technology. The seepage flow properties in the near wellbore region impact pressure distribution and circuit path of working fluid, and further determine the capacity and lifetime of EGS. This project will develop mesoscopic fracture-level model and macroscopic heat reservoir-level model, which can be used to study the coupling effect among the seepage characteristics in the near wellbore region, far well area and flow in the wellbore. We will further investigate the mechanism of the influence of equivalent permeability distribution of the near wellbore region on the working fluid circulation path. Then the permeability distribution can thus be optimized to reduce flow resistance between wells and suppress fluid short circuit. Meanwhile, we will carry out laboratory-scale EGS experiments to validate and perfect the multi-scale models, which will be used to study heat extraction processes in a real EGS (e.g. Soultz EGS). The goal is to obtain more optimized heat extraction strategies and provide suggestions for the improvement or reconstruction of near-well region of heat reservoir. Results from this project will improve fundamental understanding of near-well seepage flow properties and provide a theoretical basis for the development of relevant key technologies. The multi-scale models are expected to act as an effective and powerful tool for the research and development, design and optimization of EGS.
近井区域渗流特性对EGS采热过程工质循环路径的影响机制研究具有重要的理论意义和应用价值。本项目基于单区域多子域方法,分别构建了开放流道性质的注入井和生产井子域、以开度描述的裂隙子域以及低渗透的热储周围岩体子域,实现了井筒-裂隙-热储的地下全过程耦合。针对裂隙区域内液岩换热过程,在局部非热平衡模型基础上建立了液-岩换热分析解模型,修正了等效换热量因岩石温度梯度过大造成的计算误差。本项目通过模拟各种热储结构下EGS的长期运行情况,分析了热储结构及近井区域渗透率对EGS采热性能的影响。结果表明,近井区域裂隙开度对系统整体压降和循环路径具有重要影响,在地层中任一点到井轴的距离约为1/8地层半径的近井范围内,压力损失接近70%。项目同步开展了实验室尺度EGS水力压裂及循环实验研究,探讨了热储结构及近井区域渗透率对整场渗流传热过程的影响,并结合实验EGS微震云数据开展了热储结构重建及渗流传热过程仿真。进一步的,本项目结合澳大利亚Cooper 盆地Habanero EGS地质结构、微震数据等信息,确定了热储的实际范围,进而重建出热储中渗透率与孔隙率的空间分布,再现了实际场地EGS热储层的非均质特征。当EGS循环流量为15kg/s,运行时间为15年时,非均质热储的采出温度比分块均质热储低9.3 ℃,非均质热储的采出热量相比于分块均质热储的采出热量低3.7 %。本项目研究结果不仅能够为人工热储建设提供理论支持和技术指导,而且可以为EGS采热性能评价、设计优化采热方案和运行策略提供的必要的基础和条件。
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A numerical study of non-Darcy flow in EGS heat reservoirs during heat extraction
EGS热库排热过程中非达西流动的数值研究
DOI:
10.1007/s11708-019-0612-4
发表时间:
2019-09
期刊:
Frontiers in Energy
影响因子:
2.9
作者:
[Cao Wenjiong, Huang Wenbo, Wei Guoling, Jin Yunlong, Jiang Fangming]
通讯作者:
Jiang Fangming
DOI:
--
发表时间:
2020
期刊:
化工学报
影响因子:
--
作者:
[李庭樑, 岑继文, 黄文博, 曹文炅, 蒋方明]
通讯作者:
蒋方明
DOI:
--
发表时间:
2018
期刊:
化工学报
影响因子:
--
作者:
[李庭樑, 黄文博, 曹文炅, 蒋方明]
通讯作者:
蒋方明
DOI:
--
发表时间:
2019
期刊:
新能源进展
影响因子:
--
作者:
[李庭樑, 曹文炅, 王亦伟, 郭剑, 蒋方明]
通讯作者:
蒋方明
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