[发明专利]物理模型与数学模型相结合的水热型地热模拟装置及方法

说明书

本发明公开一种物理模型与数学模型相结合的水热型地热模拟装置及方法，该装置包含与岩石渗透实验装置内岩石试样相接触的测温装置；所述测温装置包含测温端和连接端；所述测温端插入于所述岩石试样内，所述连接端与稳压电源和数显温度表电性连接；所述数显温度表的数据接口与电脑相连；使用时先用该模拟装置测得岩石试样热储的渗透率等参数，然后以数值模拟为桥梁和工具，用室内试验参数和结果校准数值模型，再用数值模型模拟大规模的工程现场，深化地热场认识，提高地热开采井和回灌井布置的合理性。

技术领域

本发明涉及中深层水热型地热物理模拟和数学模拟，可用于水热型地热资源勘查评价以及开采、回灌井位设计。

背景技术

在地热资源勘查、评价和开发过程中，需要查明地热资源的储层、盖层、补给和径流条件，在此基础上才能优化开采井和回灌井位，进行地热资源开采。在确定进位的过程中，为了防止回灌井冷水直接与开采井贯通，降低开采井水温，形成所谓的热突破问题，需要选择较大的开采回灌井间距。但间距太大，占地面积增加，又会造成场地和地热资源浪费。

为了确定适宜的开采和回灌井间距，一般采用的方法有工程经验法、解析法和数值模拟方法等。工程经验法需要参考既有工程经验，需要既有工程条件基本匹配的工程实例。如果可参考工程的条件，如热储层渗透性、热物性参数、厚度、边界条件等，与本工程相差较大，则参考性不高。况且工程经验只能确定工程是可行的，并不能确定该方案还有多大余度。

解析法对简单的工程地质条件是一种较好的方法，但简单的地质条件不是每个工程所具备的。

数值模拟法分为有限元法、有限差分法以及二者的相结合的方法等等。该方法可模拟复杂的边界条件、热储层和盖层复杂的空间分布以及复杂的传热传质过程，但如何保证计算参数的准确性，进一步保证计算结果的可靠性一直是困扰数值模拟的瓶颈技术。

又，对于水热型地热模拟不仅要模拟地热水的渗流还要模拟水流过程的热传导，其复杂性大大增加，计算参数更多，其控制性方程更加复杂，计算结果的可靠度更低。

而现有的岩石渗透率测试和热传导测试都是分别使用不同的装置测得的，常常需要在测试完渗透率后将岩石试样移置另一热传导测试装置中进行操作，操作过程复杂繁琐、且试样的移至过程中还增加了测试结果的不准性。目前尚未有既可以测试渗透率同时又可以测得热传导的水热型地热模拟装置及方法。

发明内容

本发明的目的即在于提供一种物理模型与数学模型相结合的水热型地热模拟装置及方法。

本发明所采用的技术手段如下。

一种物理模型与数学模型相结合的水热型地热模拟装置，其包含与岩石渗透实验装置内岩石试样相接触的测温装置；所述测温装置包含测温端和连接端；所述测温端插入于所述岩石试样内，所述连接端与稳压电源和数显温度表电性连接；所述数显温度表的数据接口与电脑相连。

进一步的，所述测温装置为热针，所述热针包含针体，所述针体插入于所述岩石试样内；所述热针还包含有与所述针体顶部相连的测温线和加热线，所述测温线与所述数显温度表电性连接，所述加热线与所述稳压电源连接。

进一步的，所述针体与所述岩石试样之间填充有第一填充物，所述第一填充物为具有导热性但不导电的材料。

进一步的，所述针体包含具有中空腔体结构的针体外壳，所述针体外壳内设置有若干漆包铜丝；所述漆包铜丝之间以及所述漆包铜丝和所述针体外壳之间填充有第二填充物；所述第二填充物为具有导热性但不导电的材料。

进一步的，所述针体的直径为3mm~6mm之间。

进一步的，所述岩石渗透实验装置包含一压力室）；所述压力室顶部密封有上盖，所述上盖上开设有与流量监控系统相连的外接孔和供所述测温端插入的测温孔，底部连接有水源系统和加压装置；所述压力室内还设置有与所述加压装置相连的底座，所述底座在所述加压装置的驱动下可上下移动。