结晶器内部发生的热力耦合过程的影响在压力和温度由于冷水注入多个断裂区深岩层

文摘

技术生产地热能源从深岩层在升高的温度下由两个平行的深水井钻探,第二个是导演,相交水力压裂产生的一系列骨折在第一钻孔。然后,第一个钻孔用于注入冷水,第二个用于生产水加热的岩层深处。应用了一些非常有用的分析解决方案的快速估计水出口温度和注入/生产压力在这个增强型地热系统(EGS),但是他们不考虑热力学和流体力学的效应的影响在压力和温度的时间演进。本文为工程设计提供了帮助EGS基于这些解析解,通过评估的独立影响热(T),流体力学的(HM) thermo-hydro-mechanical (THM)对流体孔隙压力和温度的影响。thermo-hydro-mechanical (THM)模型被开发来模拟热提取来自多个现有骨折区在炎热的岩层,通过考虑渗透率变化由于注射压力的函数变化的平均有效压力。(没有发现热影响耦合力学效应)导致减少骨折区域的透射率和随之增加注入压力,2的最大因素。温度是常数时,流体力学的影响流体孔隙压力的影响是可以忽略不计,因为在这样的场景中,平均有效应力的变化是3 MPa,伴随着增加最大的初始渗透率断裂带只有1.2倍。Thermo-hydro-mechanical效应导致的最大渗透率增加骨折区约为初始值的10倍,这是与减少流体孔隙压力的最大因素1.25和2,分别当水文和thermohydrological效应被认为是。发现温度变化不影响热力学和流体力学的影响显著,但流量的断裂区。进行灵敏度分析研究数量的影响,初始磁导率,弹性模量和断裂的残余孔隙度区,封闭完整岩石的弹性模量,仿真结果。 The results were found to be the most sensitive to the number and the initial permeability of the fracture zones.

1。介绍

一个增强型地热系统(EGS)使地热能源的开采条件下,传统的生产不经济(1,2]。是这样一个地方的储集岩深度是热的,但渗透液生产不足。EGS技术包括创建新的拉伸剪切激活先前存在的骨折或骨折通过水注入深钻孔,因此增加了储层的渗透性。换热表面的热提取可以大大增加了创建一个模拟区,先前存在的裂缝网络的扩张通过剪切复活(3]。然后,第二个钻孔钻相交这些骨折。因此,水循环一个钻孔,通过骨折,另将热量从高温岩石表面。对于这种类型的地热系统的设计,需要解决两个主要问题:(1)水的温度的时间演化生产井和(2)时间演化的水压力注入和生产钻孔。地热能源的生产并不是有效的差异之间的流体孔隙压力注入和生产井眼温度太高或者在生产井减少太多的地热发电厂的预期寿命。在第一种情况下,生成地热能将成本过高,而在第二种情况下,产生的水将被冷却过快用作地热能源的来源。

分析解决方案可以解决上述两个主要问题。温度是基于现有的分析解决方案的使用一个简化的模型,并行骨折由水力压裂的热岩中注入冷水可以流向生产井和一路升温(4]。这个解决方案已经证明是非常有用的一阶评价温度产生水随时间的演变。书的经典方程(5)使计算注入的水压力和生产钻孔,由于注水和生产。因此,这两个解析解可用于快速估计的水出口温度和注入/ EGS的生产压力。然而,他们不考虑因素,如压力诱导骨折在注射,渗透率变化与温度有关的液体,和岩石性质,原位应力与完整岩石的弹性性质和断裂区。解析解的机械扰动引起的非等温注入透水介质是可用的(6),但它们局限于单向和径向水库、忽视耦合效应等粘度的变化由于温度变化或压力的变化由热菌株,并难以应用当水库周围岩石流体力学的性能也不同。由于解析解的局限性,研究耦合thermo-hydro-mechanical冷水注入引起的过程通常需要数值模型的发展。最近组成的流体力学的数值建模研究和thermo-hydro-mechanical模拟由于注入冷水/有限公司₂通过注射在热储层井眼相交先前存在的骨折或断层进行(7- - - - - -10]。作者的知识,没有单独的耦合数值研究热力学,流体力学,和thermo-hydromechanical过程由于注入冷水在多个骨折热岩交叉的注入和生产井中偶极子已经完成。

因为流体孔隙压力和温度的时间演进设计这种类型的EGS至关重要和非常有用的解析解上述局限性,我们进行数值研究,基于一个简单的thermo-hydro-mechanical (THM)数值模型,理解不同的热(T)的影响,流体力学的(HM)和thermo-hydro-mechanical (THM)对流体孔隙压力和温度的影响,由于注入冷水在多个热岩断裂区。这样的理解将允许估计这些耦合热力和机械的影响,可以用来补充或定量解析解的结果有资格获得一个快速的评估水的压力和温度的EGS作为时间的函数。本文旨在为这种类型的地热系统的设计从工程的角度来看。

在下一节中,解析解(4简要介绍)产生水的温度。然后一个耦合thermo-hydro-mechanical (THM)模型的框架内TOUGH-FLAC [11,12]。最近的研究对液压造型诱导裂缝延伸(13,14]。摘要断裂区已经被认为是由水力压裂和hydroshearing,因此,这些机制并不是模拟。骨折初始渗透率的变化主要是由于压力的变化正常断裂区。首先验证数值模型对温度的解析解,而不考虑耦合。然后,在下面几节中,结果的影响H, TH,嗯,和THM耦合。敏感性研究是进行研究的一些关键参数的影响,即数量,初始磁导率,弹性模量和断裂的残余孔隙度区,封闭完整岩石的弹性模量,仿真结果。本文得出的一些言论。

2。分析解决方案

2.1。温度的解析解

在[4热提取),分析解决方案从多个骨折在炎热的岩层。这个解决方案是基于线性模型涉及到平行的无穷级数,等距,垂直裂缝的均匀厚度、均匀和各向同性的块分离,不透水岩石,单个裂缝的宽度被认为是微不足道的相比,骨折(参见图之间的间距1)。

由于空间温度场的周期性是平行断裂系统;有可能取代无限系统组成的一个有限的一个垂直裂缝两个矩阵块之间的绝缘外边界断裂的中腔的距离等于裂缝间距的一半。如图1、直角坐标系统被放置的 飞机伴随着中腔的骨折。在这个模型中,将水注入 和向上流动的断裂(见图1)。

无因次出口水温的结果在远处从喷射角度可以表示一般无量纲参数half-fracture间距的函数形式和时间 。这些无量纲参数取决于体积流量每单位厚度的断裂系统,距离注入和生产钻孔,half-fracture之间的间距 ,岩石热导率 ,rock-specific热 ,水的密度 ,water-specific热 ,最初的岩石温度 ,温度废水的温度注入水。图2显示了无因次水出口温度与无因次时间 ,可用于快速估计(4]。

2.2。分析解决方案的压力

在[5),一个精确的解析解瞬态撤军的无限均匀承压含水层。解析解的撤军时间和距离的函数表达 在哪里是常数初始水头,是恒定的流量从钻孔抽象,是含水层存储系数, 平面的距离(骨折)在泵启动后的任何时候,是含水层透射率,是时候了。承压含水层的存储系数是一个无量纲参数定义为每单位体积的水释放存储单位表面积的含水层水头下降。这个系数计算 在哪里特定的存储和吗含水层的厚度。

具体存储水的体积,单位体积的含水层释放从存储单元下降头下。这个参数与水的压缩性和含水层,据 在哪里水的密度,是重力加速度(9.81米/秒²),含水层的压缩性,孔隙度,水的压缩系数( ^-10年米秒²/公斤)。

3所示。THM耦合数值模型

3.1。TOUGH-FLAC代码

研究耦合thermo-hydromechanical (THM)过程中岩层,TOUGH-FLAC [11,12使用)。它是一个有限体积数值模拟器连接多相流代码TOUGH2 [15),应用FLAC3D有限差分地质代码(16]。thermo-hydromechanical TOUGH-FLAC分析的耦合问题,TOUGH2和FLAC数值网格和兼容上执行相关通过外部耦合模块,哪些服务之间传递相关信息的场方程,解决了各自的代码。TOUGH-to-FLAC链接需要多相压力、饱和度和温度TOUGH2的模拟和提供更新后的温度和流体孔隙压力信息FLAC3D软件。内部数据传输后,FLAC计算热膨胀和有效压力。最后,FLAC-to-TOUGH链接将元素从FLAC3D软件更新相应的元素应力和变形孔隙度、渗透率,毛细管压力TOUGH2使用。一个单独的批处理程序控制TOUGH2的耦合和执行和FLAC3D软件链接TOUGH-FLAC模拟器。

计算向前走在时间与TOUGH2的瞬态热工水力分析初始化,并在每个时间步或者TOUGH2牛顿迭代,进行准静态力学分析与应用FLAC3D计算压力引起的孔隙度和内在的渗透率的变化。结果thermo-hydro-mechanical分析可以明确顺序,即孔隙度和渗透率是评价只在每个时间步的开始或隐式顺序,渗透率和孔隙度在牛顿迭代更新水平接近尾声时的时间步骤,使用一个迭代过程。在这篇文章中,因为thermo-hydro-mechanical变化相对较慢,使用顺序明确的解决方案。

3.2。模型考虑应激渗透率的变化由于Thermo-Hydro-Mechanical (THM)影响断裂区

两种耦合的方法通常是使用TOUGH-FLAC框架内考虑压力诱导破碎岩石中孔隙度和渗透率的变化(17]。第一种方法可以考虑石油储层孔隙度和渗透率变化的函数体积应变的变化(18]。该模型首先孔隙度有关在给定应力的各向同性体积应变变化然后是渗透率在给定压力对孔隙度的变化,根据以下方程: 在哪里是初始孔隙度、初始磁导率,是一个幂律指数。

体积应变的变化导致有效应力和温度的变化(19]。渗透率和孔隙度之间的实证关系表达方程(5)已被证明是广泛适用于地质材料。的幂律指数可以改变为综合地质材料(3 - 2520.,21]。该模型被应用到模型压力引起的孔隙度和渗透率的变化在断裂带幂律指数15 (17,22- - - - - -24]。

在第二个方法中,渗透率和孔隙度的变化是有效的平均应力的变化的函数。平均有效压力的变化导致体积应变的变化,由于流体孔隙压力的变化和温度的变化。这个模型是基于实验对多孔沉积岩(25]。根据耦合模型,孔隙度, ,平均有效压力有关吗(见图3)根据以下方程: 在哪里是在零压力和孔隙度吗在高应力残余孔隙度。的渗透率与孔隙度按照下列指数函数(25]: 在哪里是渗透在零压力。这种方法被应用到模型压力引起的孔隙度和渗透率的变化在断层带(17]。在断裂区,一个方法应用于基于有效正应力(8]。

上述模型的经验,他们是沉积岩的发达。平均有效压力的方法是敏感的初始残余孔隙度,而初始孔隙度和体积应变的方法是敏感的幂律指数 。这两种方法可以用来获得一个估计的压力在骨折或断层带,但他们应该针对特定站点数据校准的一个精确的表示压力引起的孔隙度和渗透率的变化。模拟完成的体积应变方法30年的时间内,通过使用一个幂律指数3和15,导致最后的比率上限和初始裂缝渗透率小于2。这个结果是因为(1)位移正常的外边界模型用于表示多个断裂区(见图1)是限制和(2)骨折区周围完整岩石硬。这些裂缝渗透率的变化非常小,因为在文献[8),冷却效果可能导致裂缝渗透率的增加两个数量级。因此,平均有效压力方法是用来模拟压力诱导裂缝渗透率的变化。我们选择一个初始断裂区和残余孔隙度,因此我们得到了初始裂缝渗透率的增加一个数量级。进一步评估的影响更大的裂缝渗透率增加(约两个数量级),骨折的残余孔隙度灵敏度研究区。我们的模拟结果表明,渗透率的变化的影响的完整岩石流体孔隙压力可以忽略不计,因此,他们是被忽视的。

3.3。Thermo-Hydro-Mechanical (THM)设计

thermo-hydromechanical (THM)模型的框架内实现现有TOUGH-FLAC模拟器(11,12)(见图4)。模型是基于提取热量的概念从多个断裂区域在热岩(见图1)。水力压裂和hydroshearing不是模拟。

模型由110米,2000米,2000米考虑地形之间的6000米和8000米的深处。断裂带,1000米,1000米的正方形,位于模型的中心。的 - - - - - -坐标轴是垂直于断裂带, - - - - - -协调轴是垂直的。注射和生产钻孔位于垂直于断裂带。它们破裂带的中心对称放置,这样每个钻孔和侧边界之间的距离是一样的。通过,作为起点,然后评估EGS操作结果的变化由于各种耦合分析。破裂带的厚度可以几十米的26]。在我们的例子中,10米的厚度断裂带是假定,这是相同的数量级(27]。断裂带周围是50米的双方完整岩石,这意味着,根据图1裂缝间距(从裂缝计算中心)是110米。网和19800个元素在整个域和20 m×10 m的一个元素的位置注入和生产使用水井。类似网格细化是用于(28]。

零位移模型的六个表面设置正常。模型的边界被认为是封闭的流体流动和传热。在两个垂直于边界 - - - - - -坐标轴,正常位移为零的边界条件,流体流动和传热的对称条件如图1。对于其他四个边界,我们的模拟结果表明,对于较大的模型领域,压力和流体孔隙压力的解决方案是发现没有显著改变。特别是,它是发现,如果放置在地形表面上边界,给出的结果非常相似。注意,模拟地热系统是由注射和生产井眼紧身上衣,和在这种情况下,边界条件的影响在钻孔周围的流体孔隙压力比只有一个钻孔要少得多。流体流动和传热的边界条件中使用的相同(28,29日]。

输入参数如表所示1。流体力学的性质(密度、弹性模量、泊松比,比热,电导率,和热膨胀系数)的完整岩石是典型的从晶体的形成和提取标准参考资料(http://www.engineeringtoolbox.com)。10的完整岩石的渗透性^-18年米²从晶体结构特征在7000米的深度30.- - - - - -32]。孔隙度为0.02,这是典型的从晶体的形成33]。骨折区有不同的液压和机械性能。假设断裂带是比周围的完整岩石断裂,因此,它有一个较低的弹性模量和较高的渗透率。破裂带的弹性模量假定等于10 GPa,这是相同的数量级(使用的价值27,34]。的初始渗透率断裂带被认为是10^-14年米²,这是相同的数量级(使用的价值27,30.]。断裂带的记者水力传导率 ⁷米/秒,这是通过考虑水密度的值(951.35公斤/米³0.0001989134)和动水粘度(Ns / m²)最初的流体孔隙压力和温度在断裂带的中心。鉴于破裂带的厚度为10 m,断裂带的透射率等于 ⁶米²/ s。孔隙度、密度、比热和导热断裂带的假定等于完整岩石。选择剩余孔隙度为0.019,发现导致破裂带的最大渗透率增加约一个数量级。

水平和垂直应力的比值为1.0。温度范围132°C和168°C之间及其与深度的变化是线性的。18°C /公里的地温梯度,在几个地点在瑞典,使用(35]。流体孔隙压力与静水压力。在注入和生产钻孔的深度(7000米),最初的流体孔隙压力和温度是68.7 MPa和150°C,分别。注入和生产钻孔之间的距离为750米。冷水温度47°C的注入以恒定总流率120 l / s。提取热量在生产井的产量120 l / s。这个流量分成的数量被认为是断裂区。此外,敏感性研究进行评估数量的影响,初始磁导率,弹性模量和断裂的残余孔隙度区,封闭完整岩石的弹性模量,仿真结果。数值模拟运行最大一段30年。初始时间步长很小(≈0.1秒),然后随时间在数值模拟,自动完成的TOUGH-FLAC模拟器。

4所示。验证数值模型的解析解

在本节中,我们验证了利用我们的三卤甲烷为温度和压力的计算模型。来验证我们的模型为一个有意义的减少在生产井眼温度,流量12 l / s,相当于把一个数字骨折区域的10。提供的温度的解析解的比较(4)与我们的三卤甲烷模型提供的结果在生产井呈现在图5。图中显示,在30年,温度下降大约10°C。分析和数值解之间的差异小于0.5°C。这个结果表明,我们的模型可以用于温度计算,具有良好的精度。

对比分析的解决方案书所提供的流体孔隙压力方程(5)与我们的模型提供的结果表明,两种解决方案之间的差异大约是20%,钻孔的位置,不到5%。这预计因为钻孔,流体孔隙压力梯度是非常高的和模型给出了流体孔隙压力的恒定值在一个元素与20 m×10米的大小。更加细化网格,在水井几厘米大小的元素,需要改善流体孔隙压力的解决方案的准确性,但模拟完成对数网格等细化导致时间步长收敛问题。然而,网格是足够好的用于本文的目的,而不是专注于绝对值,而是在流体孔隙压力的变化由于各种耦合分析。我们感兴趣的相关结果与不考虑压力引起的渗透率的变化。这两个结果之间的比例并不是强烈依赖于元素的大小的位置注入和生产。

5。研究流体孔隙压力和温度包括T,嗯,三卤甲烷的影响

压力和温度的解析解不考虑流体力学的的影响(HM)和热机的(TM)对流体孔隙压力和温度的影响。此外,该解析解考虑封闭完整岩石是不透水。在本节中,我们使用我们的数值模型呈现在图4分析完整岩石的渗透性的影响(通过只考虑水文H的影响)、温度(T)的影响,流体力学的(HM)和thermo-hydro-mechanical (THM)对流体孔隙压力和温度的影响。在这组的计算中,我们考虑一个流量6 l / s的断裂带在图中给出的模型4。这相当于把一个数字骨折区域的20,总120 l / s的流量。注意,进一步证明,流量12 l / s(10骨折区),是用于我们的模型的验证与分析解决方案的温度,会导致一个极端高、完全不切实际的流体孔隙压力增加,在这样的场景中,地热发电厂不是有效的。

5.1。研究渗透率的影响完整岩石的流体孔隙压力

本部分旨在分析完整岩石的渗透性的影响流体孔隙压力。这个分析是由只考虑水文(H)的影响。通过这种方式,温度保持不变,和压力诱导的渗透率的变化由于热或机械效应被忽视。渗透完整岩石的设置为10^-14年米²,10^-16年米²,10^-18年米²,10^-21年米²。随时间变化的差异之间的流体孔隙压力注入和生产钻孔呈现在图6。

结果表明,不同流体孔隙压力是恒定的短时间内注射后(大约10天时间是10^-18年米²或10^-21年米²)。这个结果也获得了赛思方程(5),大幅增加流体孔隙压力差在最初时期的注入和生产。当完整岩石的渗透率等于断裂带的渗透率,注入的流体孔隙压力的差异和生产钻孔只有5 MPa,因为在这样的场景中,流体流动是立体的。当完整岩石的渗透率降低两个数量级,从10^-14年到10^-16年米²不出所料,注入的流体孔隙压力的差异和生产钻孔大幅增加(大约20 MPa)。获得的结果与完整岩石的渗透率10^-18年米²和10^-21年米²发现几乎是相同的。

5.2。热的影响研究(T)对流体孔隙压力和温度的影响

本部分旨在分析热的影响(T)对流体孔隙压力和温度的影响由于热引起的流体性质的变化,如粘度和密度。压力引起的渗透率的变化,由于形变热处理(TM)和流体力学的(HM)的影响,往往被忽略。图7显示了随时间变化的差异之间的流体孔隙压力注入和生产钻孔水文(H)和thermohydrological (TH)的影响。当温度的变化被认为是在1和30年的注入,流体孔隙压力的差异大约是1.4和1.6倍,获得的差异考虑H效应,分别。这是因为当温度允许出现的变化,注入井眼周围的温度下降,造成岩石的冷却,导致预期增加水的粘度,进而导致减少断裂带的透射率和流体孔隙压力随之增加。在生产井,发现在30年的注入,温度仍然几乎不变。

5.3。研究流体力学的的影响(HM)对流体孔隙压力的影响

本部分旨在分析流体力学的的影响(HM)对流体孔隙压力的影响。温度保持不变,和压力诱导的渗透率的变化由于热机的影响是被忽视的。渗透率的变化是由于流体力学的影响。图8显示了不同注入和生产之间的流体孔隙压力与考虑水文水井获得(H)效果和流体力学的(HM)的影响。图显示结果非常相似。这个结果是因为当流体孔隙压力增加,总压力也会增加,因为位移正常外边界模型的限制,导致在一个小最大平均有效应力的变化(大约3 MPa)。在这样的场景中,最大初始渗透率增加约1.2倍,这并不足以造成严重的流体孔隙压力的变化。

5.4。研究的影响Thermo-Hydro-Mechanical (THM)对流体孔隙压力和温度的影响

本部分旨在分析的影响thermo-hydro-mechanical (THM)对流体孔隙压力和温度的影响。图9显示了随时间变化的差异之间的流体孔隙压力注入和生产获得的水井,考虑流体力学的(HM)和thermo-hydromechanical (THM)的影响。图显示,当温度可以改变(THM),流体孔隙压力的差异开始减少大约在1年的注入。在30年,这减少大约是5 MPa,比较的情况下,温度是常数(HM)。这是因为当注入井眼周围的温度降低,造成冷水注入,有效应力的降低显著(约22 MPa)。这减少导致最大增加渗透率约为初始值的10倍。在数据的比较结果7和9使我们能够得出这样的结论:机械变形影响流体孔隙压力的约2倍。当三卤甲烷的影响被认为是,发现在生产井,在30年的注入,温度几乎等于初始温度(150°C)。温度是不太受应激影响渗透率的变化,因为它主要取决于流量而不是破裂带的渗透率。

6。敏感性研究

本节礼物的结果敏感性研究几个关键参数对仿真结果的影响(压力、温度)。这些参数是数字断裂区(温度模型的上下文中4),见图1),初始渗透率骨折区域的弹性模量骨折区域的剩余孔隙度断裂的区域,和弹性模量封闭完整岩石。基本情况和敏感的关键参数被认为是研究如表所示2。剩余的参数值显示在表1。在这个敏感性研究,thermo-hydro-mechanical (THM)的影响。要是TH效应被认为是(无渗透性的变化由于机械作用),结果不依赖于封闭完整岩石的弹性模量和断裂区,和流量的6 l / s,一个初始渗透率的骨折区10所示^-14年米²,他们都是一样的,如图7。

6.1。数量的影响骨折区域的温度模型的上下文(4]

数量骨折区域直接相关的流量在每个断裂带。流量总额的120 l / s,什么时候等于10、20和30日流量等于12,6和4 l / s,分别。图10显示了随时间变化的差异之间的流体孔隙压力注入和生产钻孔和温度在生产井中获得三个值的数字骨折区域:10、20和30。结果表明,在30年的注入,流体孔隙压力的差异大约是15日,20和40 MPa等于30,20日和10。在30年的注入,注入井的渗透率是初始值的10倍。生产井的温度下降更当骨折区较小的数量或每个断裂带中的流量比较大。流量的12 l / s,在30年的注入,减少温度大约10°C。

6.2。初始磁导率的影响断裂的区域

图11显示了随时间变化的差异之间的流体孔隙压力注入和生产在生产钻孔,钻孔和温度获得初始渗透率的两个值断裂的区域:10^-13年米²和10^-14年米²。额外的模拟了渗透率值小于10^-14年米²大于10^-13年米²。结果不是因为在前一种情况中,一个非常大的差异之间的流体孔隙压力注入和生产钻孔,在这样的场景中,地热发电厂不是有效的。在后一种情况下,流体孔隙压力的增加非常小,因此,获得的结果与没有压力引起的渗透率的变化非常相似。结果表明,正如预期的那样,最大的区别在流体孔隙压力降低大约10倍的初始渗透率骨折区从10增加一个数量级^-14年米²到10^-13年米²。一个初始渗透率的10^-14年米²不同流体孔隙压力下降,大约27 MPa,约100天的注入,大约20 MPa, 30年的注入。一个初始渗透率的10^-13年米²大约1天的注射后,流体孔隙压力的差异大约是常数。在30年的注入,注入井的渗透率约为10和8 * 10的初始值^-14年米²和10^-13年米²,分别。生产井的温度非常低的初始值敏感的渗透性断裂区。我们的模拟结果表明,当压力诱导的渗透率的变化由于不考虑热力学(TM)影响,温度在生产井眼不显著依赖于初始渗透率的断裂区域,但流量。热机的效应耦合时,热膨胀系数的变化,导致温度的细微变化。

6.3。弹性模量的影响断裂的区域

图12显示了随时间变化的差异之间的流体孔隙压力注入和生产在生产钻孔,钻孔和温度得到弹性模量的三个值断裂的区域:5、10和20的GPa。结果表明,断裂区硬时,减少流体孔隙压力是更重要的。在这个场景中,注入压力引起的一个恒定的流速较高,从而导致一个更大的有效应力降低,因此更大的渗透率增加骨折区。在30年的注入,不同流体孔隙压力是25,20日和17 MPa等于5、10和20 GPa,分别。的影响发现在生产井眼温度不显著。的弹性模量影响裂缝的渗透率区域,不影响显著的温度生产井。

6.4。剩余孔隙度的影响断裂的区域

图13显示了随时间变化的差异之间的流体孔隙压力注入和生产在生产钻孔,钻孔和温度得到残余孔隙度的两个值断裂的区域:0.019和0.018。如图所示,当孔隙率从0.019降低到0.018,在30年的注入,不同流体孔隙压力降低约为4.2 MPa。这个结果是解释为增加的初始裂缝渗透率约两个数量级ϕ_F等于0.018,对提高一个数量级,等于0.019。流体孔隙压力曲线获得的两个案例分析开始大约在1天的注入不同,这正好与渗透率的变化。剩余孔隙度的影响温度在生产井中发现可以忽略不计,因为初始裂缝渗透率的变化不产生显著的热膨胀系数的变化。

6.5。弹性模量的影响封闭完整岩石

图14显示了随时间变化的差异之间的流体孔隙压力注入和生产在生产钻孔,钻孔和温度得到弹性模量的三个值封闭的完整岩石:20、50和80的GPa。图显示完整岩石硬度时,不同的注入和生产钻孔之间的流体孔隙压力降低更多。这是因为在这样的场景中,造成断裂的拉应力区注入井眼周围的温度的降低会导致减少平均有效压力和渗透率随之增加的断裂区。在30年的注入,流体孔隙压力范围之间的差异大约18 MPa和26 MPa,弹性模量范围在80年和20的GPa。类似于上面的敏感性研究,生产井的温度没有明显受到弹性模量的影响完整岩石。

7所示。结论

thermo-hydro-mechanical (THM)模型提出了提供帮助的工程设计EGS通过评估热(T)的影响,流体力学的耦合(HM)和耦合thermo-hydro-mechanical (THM)对流体孔隙压力和温度变化的影响,由于冷水注入热结晶形成与断裂区。

耦合的结果,嗯,和三卤甲烷的分析表明,由于水文效应,增加初始流体孔隙压力几乎是常数时,完整岩石的渗透性等于或小于10^-18年米²。正如预期的那样,温度效应(没有被加上机械变形)导致流体性质的变化,如粘度和密度,从而导致骨折区域的透射率的降低和增加注射压力的最大因素2。

与预期相反,温度是常数时,流体力学的影响流体孔隙压力的影响是微不足道的。这是因为位移正常的外边界数值模型受到限制,由于不断的注入量,压应力正常骨折区增加。这个结果在一个小的最大变化平均有效压力(大约3 MPa),进而导致的最大渗透率增加骨折区大约只有初始值的1.2倍。当thermo-hydro-mechanical效应被认为是,由于岩石冷却温度的变化导致更大的平均有效应力的变化。这个结果导致的最大渗透率增加骨折区大约10倍初始值并随之减少流体孔隙压力的近似系数1.25和2,分别当水文和thermohydrological效应被认为是。耦合分析,当流量在骨折区6 l / s,生产井的温度仍然几乎不变的30年。

敏感性分析是研究数量的影响,进行初始磁导率,弹性模量和断裂的残余孔隙度区,封闭完整岩石的弹性模量,仿真结果。发现,正如所料,当骨折区域的数量减少,同样的总流速,流量/断裂带的增加,因此,不同的注入和生产钻孔之间的流体孔隙压力增加和生产井的温度降低。在每个断裂带为12 l / s,在30年的注入,减少温度是10°C。正如所料,当初始渗透率的骨折区增加一个数量级,注入的流体孔隙压力的差异和生产钻孔减少一个数量级。当封闭完整岩石的弹性模量或断裂的区域减少,有效应力的变化不大,导致更少的减少差异之间的流体孔隙压力注入和生产钻孔。在30年的注入,不同流体孔隙压力增加约1.5倍时封闭完整岩石的弹性模量和断裂的区域减少4倍。的选择值骨折区域的残余孔隙度与初始渗透率的变化直接相关。流量的6 l / s,裂缝渗透率的增加一到两个数量级导致最大下降大约4 MPa的流体孔隙压力,在30年的注入。正如所料,生产井的温度几乎是骨折区域的初始渗透率的影响,断裂的残余孔隙度区,完整岩石的弹性模量和断裂区。温度的时间演化的流量主要取决于断裂区域而非渗透性。

数据可用性

没有数据被用来支持本研究。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

研究提出了财务支持的e.o n。作者欣然承认E的财政支持。进行研究和垫Renntun垫Abjornsson,对于许多有益的讨论。

引用

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