干热岩开发中裂隙内流体温度的影响因素分析.pdf

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1、第6卷第1期矿产勘查Vo1．6No．12015年1月MINERALEXPL0RAT10NJanuary，2015干热岩开发中裂隙内流体温度的影响因素分析杨洲，杨闪，陈雄。(1．北京矿产地质研究院，北京100012；2．华北有色工程勘察院有限公司，石家庄050021；3．吉林大学，长春130026)摘要文章从简化的干热岩裂隙储层模型出发，给出了一维初边值微分方程及其解析解，计算裂隙水温度与位置及时间的关系，得出了干热岩开发过程中生产井的出水温度的影响因素及其影响方式。实验结果表明，生产井与注水井之间距离要足够大，才能开采出温度较高的热水，并能有足够的开采年限。在

2、理论上对干热岩开发二维、三维模拟计算及实际开发有一定的作用。关键词单裂隙岩体干热岩解析解中图分类号：P314．2文献标识码：A文章编号：1674—7801(2015)01—0098—04干热岩的开发要通过深井将高压水注入深部岩0引言层，使其渗透进入岩层的缝隙并吸收地热能量；再通众所周知，随着全世界范围的科技飞速发展，能过另外一个专用深井将岩石裂隙中的高温水、汽提源短缺以及环境问题越来越严重，因此，开发利用新取到地面，通过热交换及地面循环装置用于发电及型替代能源的任务越来越紧迫。已知的各种新型能综合利用；冷却后的水再次通过高压泵注入地下热源有太阳能、水能、风能、

3、潮汐能、生物能、核能以及交换系统循环使用。整个过程都是在一个封闭的系地热能等。地热能作为新型清洁能源，日益受到人统内进行。们的重视¨。地热是可再生清洁资源，其根据能美国人莫顿和史密斯于1970年提出干热岩发量储存状态可分为蒸汽型、热水型、干热岩型和熔岩电。1972年，他们在新墨西哥州北部打了两口约型。干热岩(HotDryRock)也称为加强型地热系统4000m的深斜井，从一口井中将冷水注入到干热岩(EnhancedGeothermalSystem)，其特点是热储大，通体，蒸汽从另一口井出来，发电功率达2300kW。常埋深3～10km，其温度范围很广，在150—

4、650oC干热岩资源评价直接的参数是深部温度，而决之问。现阶段，干热岩地热资源是专指埋深较定不同深度温度分布的参数包括：地表温度、地表热浅、温度较高、有开发经济价值的热岩体，保守估计流值、岩石导热率、岩石生热率。而干热岩开发地壳中干热岩(3～10km深处)所蕴含的能量相当时，重要的参数是储层温度、孔隙度、出水量以及出于全球所有石油、天然气和煤炭所蕴藏能量的3O水温度。倍。据麻省理工学院(MIT)2006年报告，只要开本文从简单模型出发，基于单裂隙模型，根据其发3000～10000m深度2％的干热岩资源储量，就微分方程，求得解析解，由此计算裂隙内水的温度及将达到

5、200×10EJ，是美国2005年全年能源消耗出水温度，并分析出水温所受的影响因素。总量的2800倍。[收稿日期]2014—05—19[基金项目]中国地质调查局矿产调查评价项目(编号：1212011085019)资助。【第一作者简介]杨洲，男，1987年生，学士，助理工程师，从事物探工作。98第6卷第1期杨洲等：干热岩开发中裂隙内流体温度的影响因素分析注水井生产井一维传热方向图1理想状态的一维裂隙模型三一裂隙长度；26一裂隙宽度(，Y，t)=(，t)=t=01单裂隙模型及微分方程的解析解(，t)=Lo=01．1单裂隙模型(，t)=—}∞，一b≤Y≤b(，y，f

6、)=Y。。建立简单裂隙模型，忽略岩块本身的渗透性，认(4)为地下水仅在裂隙内流动，把裂隙岩体按非连续介质来处理。假定岩体存在单一裂隙，裂缝宽度不变，1．3模型解析解隙面光滑且无限延伸，裂隙长度远远大于隙宽。建解带有初边值条件的微分方程(3)(4)，可以得立描述地下水流在岩体单裂隙内平行流动的平行板到解析解：裂隙模型(图1)，L表示裂隙长度，2b表示裂隙宽度。咖[焉]1．2模型微分方程(5)由理想模型可知，在轴对流传热，热传导方向其中为Y轴。可得裂隙流体能量守恒方程为：)=(6)Oq—++一一O一半：l：0x一__可得，裂隙水温度：(，f)=To—T。(，f)×

7、(ro—T’)(7)(1)其中q为轴方向热流量，包括对流和热扩散2裂隙水温度分析量：为了具体分析裂隙水的温度变化，我们给定模g=pc(x,O,t)一D，皇(2)型参数，如表1所示。其中D，为裂隙纵向扩散系数，可以表示为D，表1裂隙模型地球物理学参数≈,D=AJ(pc)，由文献[9—1。]中分析，在2b=0．003m，1／,=5．0×10～m·s时，裂隙的扩散传热可以忽略不计。则式(1)化为：OT．(，0，)a(，0，t)P”——————+P””—————_一0dI：0(3)yly：0该方程的初边值条件为：99矿产勘查p＼嘿瑚瑚舳∞∞如。瑚mm舳∞0将表1中的参

8、数代入式(5)、(7)中，可以得到由公