《乾熱岩人工裂隙滲透特性與多場耦合傳熱傳質機理研究》是依託天津大學，由朱家玲擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：乾熱岩人工裂隙滲透特性與多場耦合傳熱傳質機理研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：朱家玲
- 依託單位：天津大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
乾熱岩開發利用是當今地熱領域中最尖端技術。全面認識乾熱岩地質構造、應力及岩石節理分布，掌握岩石破裂條件、裂隙滲透特徵，及多場耦合下能量傳遞規律是研究人工儲層激發傳熱傳質機理的關鍵。本項目通過拓展岩石力學高溫高壓的實驗方法，依據計算流體力學、岩石彈性力學、傳熱學、熱儲工程學等理論，重點研究岩石破裂極限，縫內外壓力下裂隙延伸規律，不同粒徑支撐體裂隙-孔隙耦合滲透係數，裂隙流場、應力場與溫度場耦合下流體（水、CO2）傳熱傳質機理及換熱效率。揭示花崗岩在高溫高壓下應力分布特徵，縫內外壓力與裂隙形成的機理，闡明支撐體分布、閉合壓力、裂隙寬度與滲透係數的關係，壓裂端面及通道與換熱效率的關係，評價CO2在超臨界狀態下能量獲取與封存意義。本項目在垂直裂隙滲透係數的測試方法、支撐體分布特徵、地層閉合壓力與裂隙滲透係數實驗研究、多場耦合下傳熱傳質機理的創新，為乾熱岩開發提供重要的理論依據和技術支撐。
結題摘要
採用增強型地熱系統對乾熱岩進行開發利用是當今地熱領域最前沿的技術，全面認識乾熱岩開採過程中的能量傳遞規律是研究人工儲層傳熱傳質機理和評價並最佳化儲層激發方案的關鍵。 本研究的數值模擬部分結合了乾熱岩靶區的地質背景，針對增強型地熱系統中換熱流體從地表到儲層再被輸送回地表的過程進行了工程尺度的模擬研究，對乾熱岩能量轉換效率和規律進行了定量描述。研究的主要內容包括：熱儲熱-流-固耦合模擬下的能量傳遞規律及換熱效率、井筒內傳熱傳質機理及井筒-熱儲耦合模擬。實驗研究包括高溫高壓下裂隙流體對流換熱實驗，研究了粗糙裂隙的滲流和換熱特徵， 針對熱儲內的熱-流-固耦合過程，在流動和傳熱的控制方程基礎上加入了岩體熱彈性控制方程。孔隙壓力和熱應力在注入井處同時使滲透性能增加，岩體骨架的變形促進了流-固對流換熱；而在生產井處二者作用相反，但由於熱儲的冷卻作用，熱應力的影響更為明顯。在此基礎上，對不同熱儲熱物理性質、力學參數、熱儲邊界條件及生產方式對生產能力的影響進行了研究。 課題通過單裂隙流體對流換熱實驗得到了泊肅葉數和努謝爾數的無量綱關係式。與巨觀尺度的壓力驅動流不同，裂隙通道內泊肅葉數隨雷諾數的增加而降低，努謝爾數隨無量綱距離的增加而減小。針對粗糙度的影響，採用附加粘性係數對模擬過程進行修正，數值計算結果與實驗結果吻合較好。 乾熱岩普遍埋深較大，課題對井筒和熱儲進行了耦合模擬。由於井筒內的流動與熱儲內達西流動的控制方程存在差異，採用了間接耦合的方式，先在不同流速和溫度下進行了井筒模擬，將模擬結果作為隨後熱儲模擬的邊界插值條件。耦合後的結果表明，在固定生產井井口壓力的情況下，井筒-熱儲耦合模擬預測得到的結果較耦合前低。此外，針對井筒內對流換熱過程，對井內壓力分布和周圍岩層熱影響半徑進行了模擬和計算。 進行了乾熱岩地層條件下的岩石破裂的實驗研究，分析了花崗岩在內壓作用下的裂隙形成機理和破壞規律。基於開發的拉伸-剪下測試專利方法和實驗裝置開展了這項試驗，研究了其破壞特徵及破裂極限和條件。
