[发明专利]一种基于热-流-固-损伤耦合的干热岩产热预测方法

说明书

本发明公开了一种基于热‑流‑固‑损伤耦合的干热岩产热预测方法，包括：建立干热岩增强地热系统热‑流‑固耦合模型，对所述干热岩增强地热系统模型进行网格自适应划分，进行热‑流‑固多物理场耦合计算，获得热、流、固各物理场解答；再根据应力解对干热岩储层区域进行损伤分析，得到干热岩储层的局部损伤区；基于所述热‑流‑固耦合解，获得干热岩的热能。本发明通过建立一个考虑热‑流‑固多物理场耦合的工程尺度干热岩储层模型，并对干热岩开采热扩散过程进行模拟，实现储层损伤分析和模型网格优化，从而能够可靠地评估出干热岩开采出的热能。

技术领域

本发明属于增强型地热系统(EGS)干热岩人工热储建造领域，特别是涉及一种基于热-流-固-损伤耦合的干热岩产热预测方法。

背景技术

随着环境问题日益严峻以及能源逐渐减少，对新型清洁能源的开发和利用已成为人类可持续发展的必然要求。地热能是一种储量大、分布广、开发利用安全、稳定清洁和高效的可再生能源，干热岩型地热能源因其全球范围内分布广泛，且利用后的排放量几乎为零而得到广泛应用。增强地热系统是在干热岩技术基础上提出的一种开采热能的技术，利用水力压裂改造干热岩岩体原有天然裂缝，构建流体过流和换热的裂缝网络通道，是开发该类能源的主要技术手段。目前研究表明，增强地热系统开采出的热能不仅能用于发电、供暖，还在农业、工业以及医疗等众多行业的应用都具有良好的经济效益，因此具有十分重要的研究意义。

但因为干热岩型地热能源是地球内部埋藏于地面以下数千米的内部不存在流体或仅有少量地下流体的高温岩体，其赋存条件十分复杂。由于处在高地应力、高温、高渗透水压和复杂化学环境中，岩体将发生极其复杂的热-流-固等多物理场耦合作用。对于地热能开发，目前主要的问题在于如何模拟其开采过程中引发的温度场、渗流场、应力场之间相互作用的复杂变化规律，解决其热-流-固多物理场耦合问题。建立热-流-固耦合数学模型来进行增强地热系统数值模拟是目前认为研究干热岩地热能储层中热-流-固等多物理场耦合效应的一种关键方法，因此要想能够准确的模拟干热岩开采过程中地热储层的性能，以及准确预测出开采出的能量的多少，必须要开展基于热-流-固耦合的干热岩建模与热扩散模拟。

数值建模是研究断裂干热岩储层中热-流-固耦合效应的一种经济而有效的方法。然而，由于处理多物理场和不协调性的复杂性，开发热-流-固耦合模型来模拟增强地热系统是非常具有挑战性的。自20世纪70年代初以来，已经提出了许多不同的模型。在此背景下，有学者率先开发了一个数值模型，解决了热的耦合过程，但在评估系统的长期性能时还要考虑传输、流体流动以及岩石断裂的影响。因此又使用了网格单元划分法和一些分析计算研究了在水力压裂作用下干热岩地热储层中裂缝的起裂和扩展，之后又开发了一个用于模拟流体流经由干热岩储层的热能开采而形成的垂直裂缝的数值模型。此外还开发了一个铪元素模型，用于分析干热岩地热资源的大裂缝，该模型研究了由于水循环和传热机制导致的裂缝宽度增加对能源生产造成的影响。也有其他学者通过开发程序，使用集成的立方体差分法分析了单个同心圆地热井筒中循环流体和干热岩之间的热传导。

然而上述大多数模型都是侧重于单纯热提取计算，并没有考虑热-流-固多物理场耦合、未采用实际流态的概念模型、储层损伤等重要因素来对干热岩以及热扩散进行工程尺度上的数值模拟，降低了产能预测效果。因此，本申请开展了一种基于热-流-固耦合的干热岩建模与热扩散模拟方案的研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于热-流-固-损伤耦合的干热岩产热预测方法，以解决上述现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于热-流-固-损伤耦合的干热岩产热预测方法，包括：

建立干热岩增强地热系统模型，对所述干热岩增强地热系统模型进行网格划分；

建立热-流-固耦合模型，基于所述热-流-固耦合模型，对划分后的所述干热岩增强地热系统模型的网格进行热-流-固多物理场耦合计算，获得热-流-固耦合解；

基于所述热-流-固耦合解，获得干热岩的热能。