EGS载热流体水岩作用对人工地热储层裂隙物性特征的影响

 增强型地热系统（EGS）是一种从低渗透率低孔隙度岩层中提取热量的工程。载热流体注入深部地热储层后在储层裂隙发生水岩作用,引起地热储层矿物的溶解和沉淀,改变储层裂隙通道的物性特征,对EGS 的长期运行产生重要影响。以苏尔茨地区的一种典型花岗岩为人工地热储层,建立了一维多重相互作用连续统一体地质模型,将相同温度的CO₂和水以相同压力注入人工地热储层裂隙通道中,探讨两种载热流体的水岩作用对储层裂隙物性特征的影响。结果表明,在同样的储层状态、相同的运行模式下,CO₂-EGS 水岩作用对裂隙通道物性特征的影响明显小于H₂O-EGS。     

共和盆地增强型地热系统开采过程数值模拟

 干热岩资源是未来重要的清洁型能源,增强型地热系统(EGS)能够实现干热岩资源的开发利用。青海共和盆地干热岩资源储量巨大,可以作为EGS 系统的靶区之一。水在热储层中的运移包含复杂的水-热耦合过程,不同的EGS 运行方案对电厂发电能力有重要影响。本文基于共和盆地深部地质条件,建立了表征EGS 系统水热特征的数值模型,研究了温度场、压力场的时空分布特征,并分析注入流体温度和循环流速两个可控因素对提热过程的影响。结果表明:在设计的运行方案(循环流速20 kg/s;注入温度60℃)下,最大提热速率可达11 MW,储层寿命为22 年。注入温度每降低10℃,系统最大提热速率约增加10%,且对储层寿命没有明显影响;增加循环流速可以得到更大的热提取速率,但会减少储层寿命。     

考虑热流固耦合干热岩储层热提取解析模型

干热岩储层热开采是一个典型的多物理场耦合问题,基于离散裂缝网络模型建立考虑热流固耦合干热岩储层解析模型,其中离散裂缝网络中只考虑裂缝中水的流动,水通过热对流方式进行热交换,基岩通过热传导对裂缝中的水进行加热;其次考虑水的黏度、裂缝的开度随温度及压力发生改变,利用Laplace变换求解得到离散裂缝网络模型下干热岩储层解析解;在此基础上总结复杂裂缝网络系统各裂缝的压力温度求解过程,并与TOUGH2数值结果对比,验证方法的正确性,分析不同影响因素对干热岩热提取过程的影响。结果表明:随着冷水注入,各裂缝水的黏度逐渐增加,出口端流量减小并趋于黏度不变时流量;而裂缝开度逐渐增加,出口端流量增加迅速;随着注入速度线性增加,生产井出口端温度逐渐减小,且减小幅度变缓,因此在干热岩热提取过程中,须综合考虑生产井出口端流量及温度的影响。     

孔隙-裂隙双重变形介质中的油水两相流动理论研究

在连续介质力学理论架构下,文章建立了饱和油水两相渗流与变形孔隙-裂隙双重介质耦合作用的理论来模拟裂隙砂岩储层中的油-水渗流,提出了基于双孔隙固相系统变形与油水两相渗流的全耦合力学模型;在对力学模型给予适当简化的基础上,应用解耦的有限元数值解方法对裂隙储层的两相流体压力、饱和度以及储层变形等参数进行了数值模拟;结果表明,裂隙储层流体运动主要由裂隙变形、油/水的PVT特性所决定。     

裂隙煤岩体的流固耦合精细模型

将裂隙煤岩体视为裂隙-孔隙双重介质,以满足某种概率分布的主干裂隙网络描述煤岩体裂隙的分布;将主干裂隙间包含低序次裂隙的基质煤(岩)块视为各向同性孔隙介质,建立裂隙煤岩体的流固耦合精细模型.对不同介质分别进行渗流-应力耦合分析,在应力计算时采用等厚度节理单元进行模拟,在渗流计算时,采用节理单元的中面坐标将节理单元转换为线单元进行模拟的数值技术,解决2类介质耦合求解时存在不同介质间流体的交换问题.研究结果表明:裂隙煤岩体流固耦合的数值实验结果反映了裂隙煤岩体渗流的各向异性,孔隙渗流滞后裂隙渗流现象,体现了煤岩体贯通主干裂隙网络对渗流场分布起控制作用;数值实验结果较真实地模拟了煤岩体应力分布的复杂性,体现了孔隙单元的有效体积应力和裂隙单元的有效法向应力随渗流发展的时效演化规律.     

增强型地热系统(干热岩)开发技术进展

 增强型地热系统(EGS),又称干热岩,是一种从低渗透率和低孔隙度的岩层(干热岩)中提取热量从而获取大量热能的一种工程。有关增强型地热系统的研究与开发已有30余年的历史,但以往只局限于美国、英国、法国、德国、瑞士、日本、澳大利亚等国家。中国高温岩体地热开发研究起步较晚,仅少数科研单位在这方面做了理论探讨和国际合作。本文主要讨论了增强型地热系统的基本理念、国内外研究现状与发展趋势、关键技术、存在的问题以及展望。     

裂隙岩体介质温度、渗流、变形耦合模型与有限元解析

在建立了岩体裂隙介质三场耦合微分控制方程的基础上,推导了岩石、裂隙,水,气三相介质的温度场、变形场、渗流场耦合模型及有限元解析格式和分析计算方法,对国内某煤矿的多孔裂隙介质三场耦合实际工程问题进行了求解,对结果的可靠性及分析精度进行了论证.     

岩体THM耦合应用研究现状综述

对岩体THM耦合研究现状进行综述.从THM耦合机理分析入手,结合国内外试验成果,对裂隙岩体耦合模型、方程求解等几个方面进行总结,最后对后继研究提出了几点建议:耦合机理研究方面,需要对温度场、渗流场、应力场各场之间耦合影响的大小进行研究,而大裂隙中的THM耦合值得注意;在耦合机理的验证方面,需加强室内或现场试验;在耦合计算方面,应开发程序,而采用高性能计算是一个较好的发展方向.     

渗透动水压力作用下裂隙岩体渗流与应力耦合分析

针对裂隙岩体的渗透水压力使岩体应力产生非常大变化,同时应力变化也影响裂隙岩体渗透性。考虑岩体渗流和应力耦合分析是研究地下水活动规律的首要问题。当岩体以裂隙为主,且其分布较密集时,可将岩体系统看作等效连续多相介质体系。运用等效连续介质理论,建立了等效连续岩体渗流与应力耦合分析的数学模型,充分考虑了渗透水压力和裂隙的存在对岩体应力及孔隙裂隙水压力变化产生的影响。给出了渗流场与应力场耦合分析的工程算例。     

干热岩钻探关键技术及进展

 干热岩资源是一种储量巨大的可再生清洁能源,开采干热岩资源的方法是钻开储层、建立增强型地热系统(EGS)。干热岩地层通常为火成岩,研磨性强、可钻性差,温度高于200℃,对钻探工艺、设备、材料要求极高。本文在分析干热岩高温钻探特点和难点的基础上,介绍了高温钻井液、井下钻具、高温井控、火山岩压裂、分布式测温等关键技术及其进展,提出了中国干热岩高温钻探技术研究的重点和方向。     

岩体离散裂隙网络渗流应力耦合分析

裂隙渗流具有沿裂隙网络做定向移动的特点,用非连续介质方法分析裂隙岩体渗流应力耦合更符合工程实际.本文以人工模拟的随机裂隙网络为对象,应用离散裂隙网络模型和节理单元模型,以裂隙开度变化为纽带,同时考虑渗透静水压力和动水压力的影响,研究水位变化条件下裂隙岩体渗流应力耦合特性.算例表明,考虑耦合作用时,岩体内部结点水头、结点应力和岩体渗流量会发生相应改变.岩体中水头大的裂隙段,耦合作用更加明显.在高坝工程岩体渗流分析和岩体稳定评价计算中,应当考虑渗流应力的耦合作用.     

碳酸盐岩酸蚀裂缝渗流-传热特性

充分认识流体在碳酸盐岩酸蚀裂隙面上的渗流传热特性,实现地热能的可持续开发利用是十分必要的。针对碳酸盐岩热储非均质性和缝洞发育的突出特点,采用自主研发的实时高温常规三轴试验系统,能够真实模拟岩石裂隙的真实对流换热过程。采用试验和模拟相结合的方法,进行了碳酸盐岩裂缝渗流传热耦合机理研究。结果显示,裂缝表面进行非均匀性溶蚀,形成一条具有导流能力的人工裂缝,达到改善流体渗流条件的目的;在温度一定的条件下,对流换热系数增幅与流量、压强呈正相关;采用COMSOL Multiphysics软件对碳酸盐岩单裂隙渗流传热过程进行了模拟计算,开展了实际热储层环境条件下对流换热仿真分析,实验结果验证了数值模拟的正确性与可靠性,获得了储层温度场的演化规律。     

基于分形网络模型的裂隙岩体渗流特性分析

基于分形网络模型提出了裂隙岩体渗透率参数估计方法。采用网格模板方法产生具有分形结构的岩体裂隙网。根据渗流网络的并联原理,建立了岩体裂隙网络等效渗透率计算方法。研究表明,岩体裂隙网络系统的等效渗透率随着裂隙分形比例因子和分级数目的增加而增加。裂隙岩体的等效渗透率能够采用分形网络方法进行解析预测。     

裂隙岩体流热耦合的三维有限元模型

利用传热学和渗流理论,建立了深部裂隙地层流热耦合传热的三维数学模型。采用渗流和导热微分方程描述了裂隙岩体渗流场分布和水流及岩体的温度场分布,结合边界条件及计算参数对裂隙岩体的流固耦合传热进行了数值模拟。数值模拟结果表明:岩体内裂隙水流所引发的热质迁移,对裂隙岩体的温度场分布有重要影响。断裂带及地下水流的存在改变了岩体的原有温度场分布。模型揭示了岩体与裂隙水流之间发生的对流换热现象,模拟了岩体内的温度场分布,实现了由点向场的转变。模拟结果与实际情况相吻合,表明采用该方法研究裂隙岩体的流固耦合传热是可行的。     

碳酸盐岩裂缝储层精细建模及其数值模拟

为了有效地进行碳酸盐岩裂缝储层的地震波场数值模拟,提出了一种碳酸盐岩裂缝储层的精细建模技术,该技术包含裂缝发育带位置的准确设定和裂缝发育带物性参数的准确设定两项内容。首先基于三维叠后地震资料的裂缝检测资料和根据地震层位资料建立背景地层模型,建立包含裂缝发育带的碳酸盐岩裂缝储层模型;然后,基于流体因子分析的基质矿物体积模量反演方法,采用Hudson模型准确地计算裂缝发育带的等效物性参数。渤海某区的碳酸盐岩裂缝储层建模的实例表明,提出的碳酸盐岩裂缝储层精细建模技术能准确地建立研究区的裂缝储层模型,其得到的地震波场特征与井旁地震响应特征一致,可以有效地总结研究区裂缝储层的地震波场响应特征;并应用于指导后续的储层预测。     

裂缝型底水油气藏开发模式研究

裂缝型底水油气藏的一个重要特点就是底水供给充足,储油岩层裂缝系统极其发育,造成油气藏极易在开发过程中发生水窜,而裂缝发育的不均质及产状类型的多样化,使水窜进入油气藏后的油气水关系变得十分复杂。“水窜式”的活动更多地表现为降低了油气藏的有效厚度和单井泄油范围,在油气层和井筒中消耗油气藏的能量,降低油藏的采收率。针对裂缝型底水油藏水窜特点,在建立基岩一裂缝超双重介质模型基础上,通过全隐式数值模拟研究方法,分析比较T两向裂缝对油气藏动态开发指标的影响。     

火山岩气藏压裂水平井非稳态产能模型及敏感性分析

目前我国已探明的火山岩气藏地质储量达数千亿立方米,储量规模属世界最大。与常规砂岩气藏相比,火山岩气藏储集层裂缝发育,储集层物性差、渗流机理复杂。现场多利用压裂水平井技术开发火山岩气藏,有利于改善火山岩气藏渗流状况,降低单井成本,提高单井产能。但目前缺乏适合于火山岩气藏压裂水平井的复杂双重介质的非稳态产能预测模型。利用该研究综合考虑火山岩气藏双重介质特性及有限导流裂缝的情况,建立火山岩气藏压裂水平井非稳态产能预测模型,应用Laplace变换和Duhamel原理,同时结合Stehfest数值反演对模型进行求解。应用建立的产能预测模型,结合XS气田火山岩气藏P1井实际储集层及压裂参数,绘制P1井的产能递减曲线,分析了裂缝半长,裂缝条数,裂缝间距及导流能力对火山岩气藏压裂水平井产能递减曲线的影响。同时,应用正交试验进行了多因素分析。研究所获得的结果有助于提高对火山岩气藏压裂水平井产能递减规律的认识,同时,也可为评价预测火山岩气藏压裂水平井产能及优化其压裂裂缝参数提供依据。     

一种裂缝性油藏岩石物理模拟方法的建立

阐述了一种获得符合裂缝性油藏地下特征岩块的人工造缝技术。通过模拟该类型油藏岩石成缝机理，利用拉伸和单、三轴压缩试验，监测体应变或渗透率变化，来控制岩心上生成裂缝的方向、大致宽和数量。研究该项技术，对于推动低渗透裂缝岩心室内分析技术的发展以及该类型油藏的开采具有重要的意义。