摘要
随着世界能源格局的变化,人类不断开发出更优质、对环境影响更小的新能源,其中干热岩的开发备受关注。干热岩开发的具体工程技术称为增强型地热系统(Enhanced Geothermal Systems,简称EGS),具体指通过利用类似于水力激发致裂这种人工方法,在致密的深层岩石中建造一个可以使流体从中间通过从而提取岩石内热量的热储层,之后将用来采热的冷流体输送到该系统中去,以此开采出地下3~10km范围内岩石中蕴藏的巨大热量。从资源品质来讲,干热岩资源用于发电或者地区性的供暖,能解决国家能源的根本需求;从环境保护来讲,增强型地热系统用CO_2作为携热介质,可以将CO_2进行地质埋存,更好地解决环境问题。本文选择CO_2以作为整个过程的换热工质,运用数值模拟的方法对增强型地热系统地下换热部分进行计算分析。首先是系统涉及到的基本特性:对于换热工质CO_2,所具有的热力学性质;与常规的以水作为换热工质相比较,用CO_2作为换热工质的优势;作为增强型地热系统的关键技术——干热岩的储层激发,其包括的关键步骤、原理,以及利用CO_2来进行压裂的特点等。之后,以松辽盆地的地质概况为参数设置的范例进行模型的设计,并选择以一注一产的双井采热模型进行模拟计算,主要研究了何种情况下应该考虑注入井和产出井井筒与周围岩石的换热、换热流体CO_2的不同循环流速对人工热储层的稳定运行周期以及热提取速率的影响、采用不同的换热工质水与CO_2哪个更具有热开采经济性。结果表明,当注入井或者产出井井筒内CO_2流体以较小的循环流速流动时,井筒与其周围岩层之间的换热不可忽略,但当井筒内CO_2流体以较大的循环流速流动时,则可以不考虑井筒与产出井周围岩层的换热;而且,随着储层内CO_2流体的循环流速的增加,在系统平稳运行期间CO_2从整个储层提取的热量也随之增多,但是,大的循环流速会使系统的平稳运行周期缩短,从系统的整个经济性来考虑,较大的循环流速对地热的开采利用是不利的;与水的比较分析显示,当系统的平稳运行周期大致一样时,CO_2的循环流速是水的2倍,但是此时经过储层的过程中,水的压降损失大约是CO_2的2倍,而水从储层吸收的净热量仅仅比CO_2吸收的净热量提高了不到十分之一。