[发明专利]基于水热耦合模拟的地热资源回收率的评价方法

说明书

本发明构建了基于水热耦合模拟的地热资源回收率的评价技术，并且在计算过程中充分考虑地热资源的可持续利用。克服了实践和地热规范中，依据岩性及空隙粗略赋值，导致对可采地热资源量评估不准确，缺乏可靠性的问题，本发明提出的技术依据热储层性质，以多种参数进行赋值，并基于生产情景，提高回收率计算的可靠性，对地热资源可开采热量的评估及地热资源的可持续利用具有重要意义。

技术领域

本发明属于地热技术领域，涉及一种基于水热耦合模拟的地热资源回收率的评价方法。

背景技术

地热能是清洁可再生能源，具有储量大、连续稳定、高效等特点，开发利用前景广阔。近些年来，地热能源的利用显著增加，开发者们更关注可开采的热量及回收率。回收率指提取的热能(在井口测量)与最初包含在给定地下岩石和水体积中的总热能量的比率，其对于在现有开采条件下评价地热资源开发价值具有重要意义，可为地热资源可持续开发利用提供依据。现有标准中指出回收率的大小取决于岩性，孔隙及裂隙发育情况，是否采取回灌措施以及回灌井布置是否科学合理等。在进行地热资源评价时，对回收率的要求是：对大型沉积盆地的新生代砂岩，当孔隙度大于20％时，热储回收率定为0.25；碳酸盐岩裂隙热储定为0.15；中生代砂岩和花岗岩等火成岩类热储则根据裂隙发育情况定为0.05～0.1。

目前的回收率评估方法没有根据实际生产条件，仅依据岩性及空隙粗略赋值，导致对可采地热资源量评估不准确，缺乏可靠性，不利于对地热资源开采价值及生产效益的预估；地热资源的可持续利用是科学界面临的新挑战，不加控制地开采地热水可能会导致地下水位和储层温度持续下降，可采资源量对于可持续资源管理非常重要，然而，当前的回收率定义未考虑地热资源的可持续性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于水热耦合模拟的地热资源回收率的评价方法，使其在应用时具有一套标准的操作流程和成果分析步骤。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种基于水热耦合模拟的地热资源回收率的评价方法，它包括如下步骤：

S1，建模，建立网格化模型和地热数值模型，将数值模型建立在二维瞬态传热模型上；地热数值模型包括单井模型和对井模型；

S2，赋值，根据多孔介质中水流的质量守恒控制方程以及热传导和热对流本构方程设定模型参数，并对参数赋值，形成单井数值模型和对井数值模型；

S3，模拟，分别模拟单井无回灌开采情景和对井采灌开采情景，得出模拟数值；

S4，分析，分别将单井无回灌开采情景模拟数值和对井采灌开采情景模拟数值导入单井数值模型和对井数值模型，拟合曲线方程得出回收率值进行评价。

在S1中，采用网格化、可视化和水热耦合模拟软件，根据储层岩石、流体性质、热物理性质、储层厚度、边界条件、侧向径流和季节性供暖建立网格化模型。

在S2中，多孔介质中水流的质量守恒方程：其中，S表示贮水率(1/m)，P表示地下水压力(Pa)，t表示时间(s)，k表示渗透率(m²)，μ表示地下水动力粘滞系数(Pas)，ρ_l表示地下水密度(kg/m³)，g表示重力加速度(m/s²)，q是地下水流源或汇项(kg/m³/s)。

在S2中，热传导和对流过程本构方程:其中，ρ代表介质(储层)的密度(kg/m³)，λ代表介质(储层)的热导率(W/m/℃)，C_r代表介质(储层)的比热容(J/kg/℃)，C_l代表地下水的比热容(J/kg/℃)，υ代表流体速度(m/s)，T_w代表地下水温度(℃)，q_T是热流源/汇项(W/m²)。

在S3中，单井无回灌开采情景模拟包括如下步骤，