摘要
增强型地热系统(EGS)的采热过程中受到复杂热-流-固耦合过程的影响,有必要考虑热-流-固(thermo-hydro-mechanical,T-H-M)耦合效应对EGS的利用效率和生产性能的影响。地热储层由岩基质岩体和离散裂隙组成,基于局部非热平衡理论,建立相应的数学模型并进行相应的T-H-M耦合3D数值模拟,模拟热量提取过程。结果表明,主要流动路径是裂隙面,流动优势区域集中在生产井与注入井之间,由于储层温度和压力变化引起裂隙位移变化,导致储层渗透率的变化,进而导致储层输送特性发生变化,在运行过程中,在越靠近注入井与生产井的裂隙面渗透率增加越明显,在边缘区域流动反而有减弱的趋势。因此,随着生产过程的进行,由于流动占优的区域有加强的趋势,流动弱的区域有减弱的趋势,因而导致中心区域的热提取比较充分,边缘附近的热提取非常不充分。因而,要提高EGS的热提取需要改善边缘区域的流动性。从热效率最大和发电量最多两个角度分别定义了EGS寿命评价的两大标准。计算了不同深度、不同注入流量,EGS子区域不同宽度,热储稳定运行50年时出口平均温度,满足商业级EGS基本标准下的注入流量前提下,得到分别满足Standard1和Standard2的EGS子区域深度和宽度的不同组合,为今后的研究提供基本的指导。分析了双井3D-EGS不同注入流量的出口平均温度和生产流量的规律,通过计算不同裂隙宽度,得到注入井的压力变化趋势,裂隙宽度越大,注入压力越小,因此在热储构建过程中裂隙构造尤其重要,裂隙要达到一定宽度才能有效降低注入压力,提高经济性。针对双井EGS存在的问题,提出三井EGS,与双井相比,三井EGS可以改善流场分布不均的问题,因而局部和整体热采收率均较高。同时基于三井EGS研究了不同井间距对出口平均温度和整体热采收的影响,适当增加生产井之间的间距可以提高出口平均温度和整体热采收,但生产井与注入井之间的间距需要合理选择。研究了基质岩体导热率的差异,基质岩体导热率的差异对EGS的出口平均温度和整体热采收的影响较小。研究了20℃、40℃、60℃的注入温度对EGS出口温度和整体采采收的影响,提出在不同运行阶段注入不同温度的低温水,既能最大限度提高EGS的使用寿命同时其整体热采收也较高。主裂隙面渗透率越高,EGS出口平均温度越高,其运行寿命也越长,同时其整体热采收也比较高。通过改变裂隙宽度、井的布局、注入温度可以实现EGS的优化。