地热对井系统裂隙岩体三维渗流传热耦合的等效模拟方法

摘要

研究地热对井系统中的裂隙岩体渗流传热问题对于开采深层地热能和发展可再生清洁能源利用技术具有重要价值。基于渗流传热耦合理论和离散裂隙网络模型,提出了裂隙岩体三维热流耦合的等效模拟方法:考虑由岩块基质及复杂离散裂隙网络组成的双重介质,采用无厚度单元模拟裂隙、线单元模拟对井,通过裂隙、对井和岩块三者之间的流量和热量交换实现渗流和传热过程耦合分析。通过与解析方法和精细模拟方法相比较,验证了等效模拟方法的有效性;并将其应用于含大规模裂隙岩体地热对井系统热采过程的数值模拟,获取了储层内温度场的分布规律,评价了裂隙开度对储层平均温度和整体开采率的影响。结果表明:该文方法能够对裂隙及井筒中的渗流传热行为进行细致模拟,在保证精度的前提下,可大幅减小计算量和计算时长;裂隙网络的非均匀及各向异性分布导致岩体温度场分布呈现高度不均匀性,反映了热流耦合的早期热突破和长尾效应等特点;裂隙内水的对流传热作用明显,冷锋面沿储层内的主要贯通裂隙网络移动,裂隙开度是影响岩体温度场分布的重要因素。