异质裂隙内超临界CO₂地热提取特性数值模拟研究

摘要

为提升地热系统取热性能，研究了裂隙的异质性对CO₂地热系统热提取量的影响。采用数值模拟方法，针对超临界CO₂在干热岩异质裂隙中的渗流、传热及取热效果开展研究，探讨裂隙导流特性调控技术（FCTT）的作用机制，并对比调控前后总热能提取量的变化。模拟结果表明：渗透率空间关联长度通过改变渗流网络结构显著影响热提取效率，较大关联长度（φ≥0.50 m）易形成固化流道，导致换热区域受限，而较小关联长度（φ≤0.33 m）可使低渗透团块均匀离散分布，增强热补偿效果，使热提取过程更均匀；FCTT的调控效果呈现空间异质性，平流区大关联长度工况因长程非均质性仍出现流道固化，而小关联长度体系保持多分支流态，缓解了区域换热失衡；总热能开采量随关联长度减小而增大，当φ从1.00 m降至0.20 m时，总开采量增长7.05%;FCTT调控对压裂不均匀的裂隙改善效果更显著，在φ=1.00 m的大关联长度工况下，1.5个月内的总采热量上升10.66%。研究可为基于超临界CO₂工质的地热系统裂隙设计与取热预测提供理论依据。

关键词

异质裂隙 / 超临界CO₂ / 数值模拟 / 地热提取

基金资助

国家重点研发计划资助项目(2020YFA0710500)