一种考虑工质储存过程的增强型地热系统的数值模拟方法及应用
专利汇可以提供一种考虑工质储存过程的增强型地热系统的数值模拟方法及应用专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种考虑工质储存过程的 增强型地热系统 的数值模拟方法及应用，其任意时刻的求解步骤为：将连续性方程中的非稳态项作为已知值，求解连续性方程和动量方程，计算此刻热储层中工质的速度场和压 力 场；计算此刻 注入井 井筒中工质的速度场、压力场和 温度 场；计算此刻热储层的温度场，并估算下一时刻热储层的温度场；计算此刻产出井井筒中工质的速度场、压力场和温度场；计算此刻热储层的平均总 应力 场，并估算下一时刻的平均总应力场；计算此刻热储层的孔隙率和渗透率分布，并估算下一时刻的孔隙率分布；判断各物理场是否收敛，如果未收敛，则重复上述步骤，如果收敛，则停止。本发明可同时模拟热开采性能及热储层中的工质储存量。，下面是一种考虑工质储存过程的增强型地热系统的数值模拟方法及应用专利的具体信息内容。
1.一种考虑工质储存过程的增强型地热系统的数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：将热储层中工质的连续性方程中的非稳态项作为已知值，求解热储层中工质的连续性方程和动量方程，计算n时刻热储层中工质的速度场和压力场；
步骤2：基于注入压力、注入温度及步骤1计算的热储层与注入井井筒的交界处的工质速度，计算n时刻注入井井筒中工质的速度场、压力场和温度场；
步骤3：基于步骤1计算的热储层中工质的速度场及步骤2计算的热储层与注入井井筒的交界处的工质温度，计算n时刻热储层的温度场，并根据n时刻热储层的温度场估算(n+1)时刻热储层的温度场；
步骤4：基于产出压力、步骤1计算的热储层与产出井井筒的交界处的工质速度及步骤3计算的热储层与产出井井筒的交界处的工质温度，计算n时刻产出井井筒中工质的速度场、压力场和温度场；
步骤5：求解热储层的平均总应力方程，计算n时刻的平均总应力场，并根据所估算的(n+1)时刻热储层的温度场估算(n+1)时刻的平均总应力场；
步骤6：基于平均总应力场，计算n时刻热储层的孔隙率和渗透率分布，并根据所估算的(n+1)时刻的平均总应力场估算(n+1)时刻热储层的孔隙率分布；
步骤7：判断n时刻各物理场在经过i次迭代后是否收敛：如果各物理场还未收敛，则将(i+1)赋值给i，进入下一次迭代，并返回到步骤1；如果各物理场已经收敛，则计算n时刻的热开采速率及工质储存量，然后将(n+1)赋值给n，进入下一个时刻的计算，并令i＝1，返回到步骤1，直至完成所有时刻的计算。
2.根据权利要求1所述的一种考虑工质储存过程的增强型地热系统的数值模拟方法，其特征在于：增强型地热系统，其初始条件为：
Tres——热储层的温度；
Tsur——地表温度；
a——地温梯度；
z——直角坐标，在数值上等于深度；
σm——热储层的平均总应力；
ρro——岩石的密度；
g——重力加速度；
pf——工质的压力；
ρw——水的密度；
θ——积分变量；
t——时间；
对EGS系统进行网格划分，并设置所模拟的总时长及时间步长。
3.根据权利要求1所述的一种考虑工质储存过程的增强型地热系统的数值模拟方法，其特征在于：步骤1所述热储层中工质的连续性方程如下：
——热储层的孔隙率；
ρf——工质的密度；
——工质速度的矢量形式；
——微分算子；
将方程(2)中的非稳态项作为已知值：若n＝1，则忽略方程中的非稳态项；若n>1，则由(n-1)时刻估算的n时刻的孔隙率分布和温度场计算得到非稳态项：
——(n-1)时刻估算的n时刻的热储层孔隙率；
ρf*n——(n-1)时刻估算的n时刻的热储层温度所对应的工质密度；
——(n-1)时刻的热储层孔隙率；
ρfn-1——(n-1)时刻的工质密度；
tn——n时刻对应的时间；
tn-1——(n-1)时刻对应的时间；
热储层中工质的动量方程如下：
k——热储层的渗透率；
——重力加速度的矢量形式；
μf——工质的粘性系数；
热储层中工质的流动边界条件为：在热储层与注入井井筒的交界处，给定边界压力，即若i＝1，则将上一时刻注入井井筒底部的工质压力赋值给该边界压力；若i>1，则将上一次迭代中步骤2计算的注入井井筒底部的工质压力赋值给该边界压力；在热储层与产出井井筒的交界处，给定边界压力，即若i＝1，则将上一时刻产出井井筒底部的工质压力赋值给该边界压力；若i>1，则将上一次迭代中步骤4计算的产出井井筒底部的工质压力赋值给该边界压力；在其余边界，采用无滑移边界条件；
基于方程(2)、(3)和(4)及流动边界条件，采用SIMPLE算法计算n时刻热储层中工质的速度场和压力场。
4.根据权利要求1所述的一种考虑工质储存过程的增强型地热系统的数值模拟方法，其特征在于：步骤2中注入井井筒中工质的动量方程如下：
u——工质的速度；
τ——摩擦阻力，其计算式如下：
τ＝fρfu2/(4Rwel) (6)
Rwel——井筒的外半径；
f——摩擦系数，其满足的关系式如下：
f-0.5＝-1.8log10{[K/(7.4Rwel)]1.11+6.9/Re} (7)
K——井筒的等效绝对粗糙度；
Re——雷诺数，Re＝2Rwelρfu/μf；
注入井井筒中工质的能量方程为：
Awel——井筒的流动面积，Awel＝π(Rwel)2；
cf——工质的比热容；
Tf——工质的温度；
dQ/dz——单位深度上井筒与周围地层之间的热流，其满足如下的方程(9)和(10)：
hf——对流换热系数；
Twel——井筒与周围地层交界处的温度；
λfor——周围地层的热导率；
Tinf——无限远处的周围地层温度，Tinf＝Tsur+az；
f(t)——瞬态导热函数，其表达式如下：
ρwel——井筒的密度；
cwel——井筒的比热容；
tD——无量纲时间，其表达式为：
ρfor——周围地层的密度；
cfor——周围地层的比热容；
注入井井筒中工质的流动边界条件及热边界条件为：在注入井井筒的顶部，给定注入压力及注入温度；在注入井井筒的底部，给定工质的速度，即步骤1计算的热储层与注入井井筒的交界处的工质速度；
基于方程(5)、(6)、(7)、(8)、(9)、(10)、(11)和(12)及边界条件，采用迭代法计算n时刻注入井井筒中工质的速度场、压力场和温度场。
5.根据权利要求1所述的一种考虑工质储存过程的增强型地热系统的数值模拟方法，其特征在于：步骤3假定在热储层中，岩石和工质之间达到瞬态热平衡，则热储层的能量方程为：
ρres——热储层的密度，
cres——热储层的比热容， 其中cro为岩石的比热容；
λres——热储层的热导率， 其中λf和λro分别为工质和岩石的热导率；
热储层的热边界条件为：在热储层与注入井井筒的交界处，给定边界温度，即步骤2计算的注入井井筒底部的工质温度；在其余边界，采用绝热边界条件；
将步骤1计算的n时刻热储层中工质的速度场作为已知条件，基于方程(13)及热边界条件计算n时刻热储层的温度场，并根据n时刻热储层的温度场和热储层中工质的速度场估算(n+1)时刻热储层的温度场，其中，温度场的计算和估算均采用隐式迭代法。
6.根据权利要求1所述的一种考虑工质储存过程的增强型地热系统的数值模拟方法，其特征在于：步骤4中产出井井筒中工质的动量方程如下：
产出井井筒中工质的流动边界条件及热边界条件为：在产出井井筒的顶部，给定产出压力；在产出井井筒的底部，给定工质的速度，即步骤1计算的热储层与产出井井筒的交界处的工质速度；和工质的温度，即步骤3计算的热储层与产出井井筒的交界处的热储层温度；
基于方程(6)、(7)、(8)、(9)、(10)、(11)、(12)和(14)及边界条件，采用迭代法计算n时刻产出井井筒中工质的速度场、压力场和温度场。
7.根据权利要求1所述的一种考虑工质储存过程的增强型地热系统的数值模拟方法，其特征在于：步骤5中热储层的平均总应力方程如下：
ν——岩石的泊松比；
α——Biot系数；
β——岩石的线膨胀系数；
E——岩石的杨氏模量；
热储层的应力边界条件为：在所有的边界上，给定平均总应力；
将步骤1计算的n时刻热储层中工质的压力场及步骤3计算的n时刻热储层的温度场作为已知条件，并基于方程(15)及应力边界条件，采用迭代法计算n时刻的平均总应力场；
将步骤1计算的n时刻热储层中工质的压力场及步骤3估算的(n+1)时刻热储层的温度场作为已知条件，并基于方程(15)及应力边界条件，采用迭代法估算(n+1)时刻的平均总应力场。
8.根据权利要求1所述的一种考虑工质储存过程的增强型地热系统的数值模拟方法，其特征在于：步骤6中热储层的孔隙率关于平均总应力的关系式如下：
——初始时刻热储层的孔隙率；
C——热储层的孔隙压缩系数；
σm0——初始时刻热储层的平均总应力；
pf0——初始时刻工质的压力；
热储层的渗透率关于孔隙率的关系式如下：
k0——初始时刻热储层的渗透率；
基于步骤5计算的n时刻的平均总应力场，由方程(16)和(17)计算n时刻热储层的孔隙率和渗透率分布；
基于步骤5估算的(n+1)时刻的平均总应力场，由方程(16)估算(n+1)时刻热储层的孔隙率分布。
9.根据权利要求1所述的一种考虑工质储存过程的增强型地热系统的数值模拟方法，其特征在于：步骤7中判断n时刻各物理场在经过i次迭代后是否收敛：如果各物理场还未收敛，则将(i+1)赋值给i，进入下一次迭代，并返回到步骤1；如果各物理场已经收敛，则计算n时刻的热开采速率及工质储存量，然后将(n+1)赋值给n，进入下一个时刻的计算，并令i＝
1，然后返回到步骤1，直至完成所有时刻的计算；
其中，热开采速率及工质储存量的计算式分别为：
Qpro＝qpro(hpro-hinj) (18)
Qpro——热开采速率；
qpro——产出流量，qpro＝uproAwelρf，其中upro为产出井井口的工质速度；
hpro——产出井井口的工质比焓；
hinj——注入井井口的工质比焓；
Ms——工质储存量；
qinj——注入流量，qinj＝uinjAwelρf，其中uinj为注入井井口的工质速度。
10.一种考虑工质储存过程的增强型地热系统数值模拟方法的应用，其特征在于：该方法适用于以水为工质的EGS，也适用于以CO2为工质的EGS。
一种考虑工质储存过程的增强型地热系统的数值模拟方法及
应用
技术领域
背景技术
发明内容
具体实施方式
工质的热物性参数为工质压力及温度的函数，可由PROPATH软件分析得到。
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