快速通道
技术
多重压裂水平井增强型地热系统(EGS)地热能开采评价
发布时间：2020-04-22 来源：未知 点击次数： 打印 作者：admin
Gong F, Guo T, Sun W, Li Z, Yang B, Chen Y, Qu Z. Evaluation of geothermal energy extraction in Enhanced Geothermal System (EGS) with multiplefracturing horizontal wells (MFHW)[J/OL]. Renewable Energy, 2020, 151:1339–1351.
增强型地热系统(EGS)产生的深层地热能具有巨大的开发潜力和良好的环境友好性。增强型地热系统的过程是一个复杂的热工水力过程，EGS中的裂缝是流体流动和传热的主要通道，了解裂缝对地热储层的可持续利用至关重要。本文提出了一种描述流体流动与传热相互作用的三维热液耦合数值模型。此外，采用多重压裂水平井的EGS评价了多水力裂缝对地热能开采性能的影响。多重模拟裂缝的压裂水平井可以显著增加流体流动路径和换热面积，从而提高热回收能力。首先分析了EGS中温度场和流场的演变，并与常规垂直EGS进行了比较。其次，研究了裂缝数量、裂缝长度、裂缝导流率等压裂参数对采收率的影响。最后计算了MFHW EGS钻井和水力压裂的成本。结果表明，与常规垂直EGS相比，MFHW EGS具有更高的累积产热率和更好的热提取性能。在水力裂缝参数优化中，随着裂缝数量的增加，累计产热先增加后减少，累计产热曲线存在裂缝数量拐点。较长的裂缝长度和较高的裂缝导流率可以提高累计产热，但产量增长逐渐放缓。考虑到经济成本，本文中MFHW EGS的最佳裂缝参数分别为裂缝数为7、裂缝长度为300 m、裂缝导流能力为350 μm2 cm。该研究为多口压裂水平井EGS的研究提供了更好的依据，有助于优化裂缝参数和地热储层管理，有利于提高地热能利用效率。
（1）温度场表明，低温区沿裂缝扩展。速度场表明，裂缝中的速度比基质中的速度高6个数量级，说明裂缝是热交换和流体流动的主要通道。在压力场中，大部分压力消耗在井筒附近，可以通过改善井筒周围的表皮系数来降低能量损失。
图1：温度场、压力场、速度场随时间的变化
（2）与常规垂直EGS相比，MFHW EGS具有更好的热提取性能。在50年的时间里，MFHW EGS的累积热产量大约为4x107 J,而垂直EGS的产率约为3x107 J
图2：MFHW和垂直EGS的生产温度曲线(左)和生产流量曲线(右)。
图3：MFHW和垂直EGS的生产热功率曲线(左)为累计热产量曲线(右)
（3）对裂缝参数进行敏感性分析时，盲目增加裂缝数量、裂缝长度、裂缝导流能力等并不会促进地热开发，反而会增加生产成本。本文的累积热功率曲线存在拐点，断裂次数为7。随着裂缝长度和裂缝导流能力的增加，热采的增长速度变慢，最佳裂缝长度和裂缝导流能力分别为300 m和350 μm2 cm。
图4：不同裂缝数的生产温度曲线(左)和生产流量曲线(右)。
图5：不同裂缝数的生产热功率曲线(左)和累计热产量曲线(右)。
图6：断裂数优化图。
图7：不同断口长度的生产温度曲线(左)和生产流量曲线(右)。
图8：不同裂缝长度下的产热功率曲线(左)和累计产热曲线)。
图9：断裂长度优化图。
（4）裂缝数为7的MFHW体系，裂缝长度为300 m，裂缝导流能力为350 μm2 cm，钻井和水力压裂的费用估计为2.98x106 $。
图10：生产温度曲线(左)和生产流量曲线(右)具有不同的裂缝传导率。
图11：生产热功率曲线(左)和累积热产量曲线(右)具有不同的裂缝传导率。
图12：裂缝导电性优化图。
（5） MFHW地热系统可以提高注入井与生产井之间的导热系数，显著增加受激储层体积和换热面积，是一种有效的地热能源提取方法。该模型为地热开采提供了一种替代的MFHW EGS方法，裂缝参数分析的数值结果对EGS的水力压裂处理具有指导意义。