0 引言
Fig. 1 Schematic diagram of DBHE (a) and SEGS (b)图 1 DBHE(a)和SEGS(b)示意图 |
1 数学模型
1.1 模型假设
1.2 数学方程
1.3 模型验证
Fig. 2 Schematic diagram of physical model of fracture图 2 裂隙流动换热物理模型示意图 |
Table 1 Calculation parameters of the fracture model表1 裂隙流动换热模型计算参数 |
参数 | 数值 |
---|---|
岩石密度 / (kg/m3) | 2 700 |
岩石比热 / [J/(kg∙℃)] | 1 000 |
岩石导热系数 / [W/(m∙℃)] | 2.8 |
裂隙孔径 / m | 0.001 |
注射速度 / (m/s) | 0.01 |
初始温度 / ℃ | 80 |
注入温度 / ℃ | 30 |
Fig. 3 Comparison of analytical solution and numerical solution图 3 裂隙流动换热问题解析解与数值解比较 |
2 物理模型
2.1 几何模型
Fig. 4 Schematic diagram of the model图 4 模型示意图 |
Table 2 Parameters of the well tube表2 井筒参数 |
项目 | 外径 / m | 内径 / m | 导热系数 / [W/(m∙℃)] |
---|---|---|---|
外管 | 0.38 | 0.34 | 45.0 |
保温管 | 0.22 | 0.19 | 0.1 |
Table 3 Parameters of reservoir rocks and fractures表3 储层岩石和裂隙参数 |
参数 | 压裂储层 | 围岩 | 裂隙 |
---|---|---|---|
密度 / (kg/m3) | 2 590 | 2 623 | 2 000 |
比热 / [J/(kg∙℃)] | 980 | 1 000 | 800 |
导热系数 / [W/(m∙℃)] | 2.8 | 3 | 2.8 |
渗透率 / m2 | 7 × 10-15 | 1 × 10-18 | 1 × 10-11(kf0) |
孔隙度 | 0.07 | 0.01 | 1 |
弹性模量 / GPa | 30 | 30 | 30 |
泊松比 | 0.25 | 0.25 | 0.25 |
热膨胀系数 | 5 × 10-6 | 5 × 10-6 | 5 × 10-6 |
Biot系数 | 0.7 | 0.7 | 0.7 |
Table 4 Parameters of the fracture network表 4 裂隙网络参数 |
组别 | 个数 | 倾向 / ° | 倾角 / ° | 轴长 / m | 标准差 | 开度 / mm |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 10 | 90 | 90 | 100 | 0 | 1 |
2 | 5 | 0 | 90 | 100 | 0 | 1 |
2.2 初始条件及边界条件
2.3 有限元求解设置
Fig. 5 Numerical results with different mesh numbers图5 不同网格数下的数值结果 |
Fig. 6 Radial temperature distribution of the reservoir图6 储层径向温度分布 |
3 结果与分析
3.1 CO2-SEGS取热性能分析
Fig. 7 Temperature evolution at different locations of SEGS图7 SEGS不同位置的温度演变 |
Fig. 8 Thermophysical properties of CO2图8 CO2热物理性质 |
Fig. 9 Evolution of wellhead pressure图9 SEGS井口压力的演变 |
Fig. 10 Heat extraction power of SEGS under different circulating flow rates图10 不同循环流量下SEGS的取热速率 |
Fig. 11 Relationship between pressure difference and circulating flow图11 注采压差与循环流量的关系 |
3.2 CO2与水取热性能的比较
Fig. 12 Average heat extraction power of CO2 and water under different circulating flow rates图12 不同循环流量下CO2和水的平均取热速率 |
Fig. 13 Distribution of temperature (a) and pressure (b) along well depth图13 温度(a)和压力(b)沿井深分布 |
3.3 影响因素分析
Fig. 14 Production temperature under different packing spacing图14 不同封隔间距下的生产温度 |
Fig. 15 Wellhead pressure of central pipe under different spacing图15 不同封隔间距下中心管井口压力 |
Fig. 16 Temperature variation with time under different thermal conductivity图16 不同导热系数下温度随时间的变化 |
Fig. 17 Average annual production temperature and heat extraction power under different thermal conductivity图17 不同导热系数下的年均生产温度和取热速率 |