《沉積盆地二氧化碳羽流地熱系統基礎理論研究》是依託吉林大學，由許天福擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：沉積盆地二氧化碳羽流地熱系統基礎理論研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：許天福
- 依託單位：吉林大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
我國存在大量的沉積盆地。二氧化碳（CO2）儲存到沉積盆地深部鹹水層，是短期內實現減排最直接、可行的方式。但實際工程表明單一的CO2地質儲存費用昂貴。目前國際關注的焦點是如何在地質儲存的同時實現其資源化利用。CO2羽流地熱系統是將CO2地質儲存和地熱資源開發相結合，提高其地質儲存的經濟性和可行性。沉積盆地CO2羽流地熱系統涉及氣-液多相流體、多組分反應性溶質運移和熱傳遞等複雜的物理過程和地球化學變化，是一個滲流場-化學場-溫度場相互作用的多場耦合系統。本次提出的CO2羽流地熱系統研究以我國典型沉積盆地（如松遼盆地、鄂爾多斯盆地）的地質結構及熱儲條件為基礎，通過室內實驗、數值模擬和天然類比等技術手段，研究羽流地熱系統運行中熱儲層的多相流動、傳熱和儲蓋層地球化學變化過程等基礎科學問題，對系統最佳化運行模式和熱能提取效率進行模擬及評價，為我國CO2地質儲存中的地熱資源開發提供基礎理論支撐和科學依據。
結題摘要
增強型地熱工程(EGS)是指利用水力壓裂，從裂隙介質中提取地熱能。布朗2000年提出，利用CO2替代水作為載熱流體進行地熱提取。這可以同時達到地熱提取和CO2地質儲存的目的。後來有學者提出，將裂隙介質轉移到孔隙介質，稱為CO2羽流地熱, 目前仍有許多不確定性。 本次研究，以松遼盆地的地質構造及熱儲條件為背景，開展了用CO2做為載熱流體提取沉積盆地地熱過程中的流體動力學-熱力學-地球化學(THC)的耦合研究。通過實驗，明確了CO2注入後的水岩反應規律。通過數值模擬，計算水岩反應對熱提取的影響；並從機理上分析了CO2在流動過程中壓力及熱焓的變化規律，對比了CO2和水作為載熱流體的優缺點。最後開發了井筒-儲層耦合的THC並行計算數值模擬程式。這一研究，對地下CO2-水兩相流體動力學、熱傳遞、及CO2-水-岩地球化學作用的研究有重要的理論意義; 對以後CO2羽流地熱，CO2地質儲存，及乾熱岩開發都具有一定的實際套用價值。我們首先收集松遼盆地資料及數據，並採集目標儲層的水樣和岩樣，確定目標儲層內發生的關鍵地球化學反應。評價了研究區內溫度、壓力、鹽度對實驗結果的影響。然後基於實驗校正礦物比表面積，完成研究區場地級尺度的數值模擬。可以發現，系統運行40年後，生產井附近孔隙度減小0.3%，生產井總流量和熱提取量也隨之變化，相較於未考慮水岩反應的情況降低了4.1%。分析了相比於水，CO2作為載熱流體的優缺點，得出CO2的壓力損失主要在井筒，而水的則位於熱儲層，CO2的主要優點在於極強的流動性，而缺點在於較低比熱容。而且由於焦耳-湯姆遜效應，生產井口溫度較低。基於此，針對於松遼盆地，我們採取最佳化分析，最終得到生產壓力約為17.4-20MPa，循環壓差小於3MPa，120kg/s左右的流量。並且五點式布井方式相對於兩點或三點式布井對兩相驅替及采熱更為有利。 繼而開發了井筒-儲層耦合的流場-溫度場-化學場(THC)多場耦合模擬程式。在TOUGHREACT的框架下，引入多相流動的動量方程。模擬得到地球化學反應的總體規律：CO2溶於水使得pH降低，方解石和長石類礦物溶解，石英及黏土類礦物及部分碳酸鹽礦物沉澱。在模擬中考慮井筒的情況下，流體的溫度計算更為精準，礦物反應速率更大，地球化學反應更為劇烈。
