[发明专利]城市尺度地热田群井系统高效数值模拟方法及装置

说明书

本发明实施例公开城市尺度地热田群井系统高效数值模拟方法及装置，方法包括：获取地热田的地质资料确定模型计算区范围，根据地质剖面图建立研究区的三维地质数值模型；确定模型的水—热初始条件；对热储参数进行分区并区分热储层和热盖层；确定整个模拟热储系统的水—热边界条件；将地热井简化为一维线性几何，按照地热井分布图和坐标将地热井线性几何添加到模型中；为每一眼地热井设置温度和流体的流入流出边界条件，地热井中的流体与周围岩体的换热过程采用等效换热系数考虑，套管和砂浆层的影响也包含在等效换热系数中；为模型设置时间周期函数将每年离散成供暖季和非供暖季两个时间段。可解决城市尺度地热田三维模拟的网格剖分和计算速度的难题。

技术领域

本发明实施例涉及地热回灌模拟分析与仿真领域，具体涉及一种城市尺度地热田群井系统高效数值模拟方法及装置。

背景技术

自上世纪80年代以来，城市深层地热开采已在我国北方部分城市取得了显著进展，比如北京、天津两市的深层地热井数量均已超过500口，河北省雄县的地热井数量已超过60口，目前全国深层地热供暖面积已达1.02亿m²。但是，由于资源勘查程度低、管理体制不完善、缺乏统一的技术规范和标准等原因，长期“掠夺式”开采(大量抽取地热水而无回灌)导致地下水位逐年下降、地热井出水量不足等问题日益突出。地热尾水回灌技术是解决上述问题的有效途径，可实现地热资源的可持续利用。低温尾水回灌至热储层后，除了会引起热储温度场、渗流场的变化，还可能引起水岩化学反应、岩石变形等热储响应。如果回灌井位置选择不当，可能会使开采井出水温度显著降低；如果回灌方案存在问题，可能会使热储裂隙、孔隙发生堵塞，导致回灌能力逐渐降低，甚至丧失回灌能力。

目前，国内外学者已针对开采、回灌条件下热储层压力、温度、水化学、应力等动态变化过程进行了深入研究，但主要关注的是一采一灌的对井系统，侧重于研究地热对井系统对回灌的响应规律。对于城市尺度的地热群井系统，当数值模型中包含数十口地热井时，网格剖分和计算速度都面临巨大挑战，难以满足工程实际的需求。

鉴于此，如何解决城市尺度地热田三维模拟的网格剖分和计算速度的难题成为目前需要解决的技术问题。

发明内容

由于现有方法存在上述问题，本发明实施例提出一种城市尺度地热田群井系统高效数值模拟方法及装置。

第一方面，本发明实施例提出一种城市尺度地热田群井系统高效数值模拟方法，包括：

获取地热田的地质资料，根据所述地质资料确定三维地质数值模型的计算区范围，再根据地质剖面图建立研究区的三维地质数值模型；

根据水位、温度等值线图，确定所述三维地质数值模型的水—热初始条件；

根据研究区断层带位置和热储层的富水性差异，对热储参数进行分区，并区分热储层和热盖层；

根据研究区热储层地热地质构造特征、地热形成机理、水文地质条件，分析确定整个模拟热储系统的水—热边界条件；

根据地热井的成井和测井资料，将地热井简化为一维线性几何，按照地热井分布图和坐标，将地热井线性几何添加到所述三维地质数值模型中；

为每一眼地热井设置温度和流体的流入流出边界条件，地热井中的流体与周围岩体的换热过程采用等效换热系数考虑，套管和砂浆层的影响也包含在等效换热系数中；

为所述三维地质数值模型设置时间周期函数，将每年离散成供暖季和非供暖季两个时间段。

可选地，所述等效换热系数是通过第一公式计算得到的，所述第一公式为：