干热岩热能的热管开采方案及其技术可行性研究

摘要

常规增强型地热系统(EGS)通过流体工质在裂隙热储中的循环流动来开采岩石中的热能,需要消耗大量的泵功,存在工质流失、管道腐蚀结垢等问题,而且常常由于裂隙网络的井下连通性不够造成EGS建设的失败.为避免这些问题,本文首次提出采用热管来提取干热岩热能的技术方案.为强化热管蒸发段与周围岩石的传热,特别提出在目标热储内充填CO2流体工质、借助其自然对流强化干热岩热能开采,进一步通过数值仿真及理论分析探讨该方案的技术可行性.数值模型考虑了超临界CO2的变物性,研究了其在目标热储内的自然对流对热管采热的影响,模拟并比较了在不同条件下热管的采热速率.结果表明,调低热管的采热温度可以显著提高热管采热速率,并且当热储渗透率大于1×10-9 m2时CO2的自然对流作用会明显提升热管采热速率.本文还比较了热管加热段水平布置与竖直热管的性能差异,发现前者可以提高1.5~2.3倍的采热速率.另外,对该系统中水工质重力热管的携带极限以及管内蒸汽流阻进行了分析探讨.