[發明專利]一種基于熱-流-固-損傷耦合的干熱巖產熱預測方法

有效

• 申請號: 202210330243.6
• 申請日: 2022-03-31
• 公開（公告）號: CN114638137B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發明（設計）人: 王永亮;武佳麗
• 申請（專利權）人: 王永亮
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/28;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 北京盛詢知識產權代理有限公司 11901
• 代理人: 劉靜

1.一種基于熱-流-固-損傷耦合的干熱巖產熱預測方法,其特征在于，包括：

建立干熱巖增強地熱系統模型，對所述干熱巖增強地熱系統模型進行網格劃分；

建立熱-流-固耦合模型，基于所述熱-流-固耦合模型，對劃分后的所述干熱巖增強地熱系統模型的網格進行熱-流-固多物理場耦合計算，獲得熱-流-固耦合解；

基于所述熱-流-固耦合解，獲得干熱巖的熱能；

獲得熱-流-固耦合解過程包括：

S1：對劃分后的所述干熱巖增強地熱系統模型的網格進行熱-流-固多物理場耦合計算，獲得新的模型網格；

S2：對所述新的模型網格增加注入流體，對增加注入流體的模型網格進行熱-流-固多物理場耦合計算；

S3：重復所述S1和所述S2，獲得熱-流-固耦合解；

獲得新的模型網格的方法為：

基于所述熱-流-固耦合解，獲得干熱巖壓裂之后裂縫的擴展方向以及長度，基于所述裂縫的擴展方向以及長度，獲得裂縫變化后的形態，基于所述裂縫變化后的形態，獲得新的模型網格；

對劃分后的網格進行熱-流-固多物理場耦合計算，獲得熱-流-固耦合解的方法為：

采用貫序耦合的方法，對熱-流-固多物理場進行相互迭代耦合計算，獲得熱-流-固耦合解；

采用有限元法對熱-流-固耦合模型進行計算分析；

將增強地熱系統模型進行網格劃分，網格劃分采用自適應網格細化方法，對干熱巖儲層區域初始網格細分進行局部區域加密，并給出一個誤差容限，再根據該區域的應力變化自動細分網格；

引入損傷分析來描述干熱巖開采產熱過程中的破壞行為，最終建立了熱-流-固-損傷耦合模型；

劃分的網格包括：溫度場、滲流場和應力場；

所述熱-流-固耦合模型包括：基巖熱-流-固耦合模型和裂縫熱-流-固耦合模型；

所述基巖熱-流-固耦合模型方程式為：

位移場方程：

Gu_i,jj+G/(1-2ν)u_j,ji-α_BP_,i-K′α_TT_,i+F_i＝0

滲流微分方程：

溫度場控制方程：

式中，(ρC_p)_m＝φρ_wC_pw+(1-φ)ρ_sC_ps，c₁＝1-K′/K_s，c₂＝φα₁+(1-φ)α_s-K′/K_sα_T，c₃＝φ/β₁+(1-φ)/K_s，G和λ為拉梅常數，K＇為巖石體積模量，α_T為巖石熱膨脹系數，p為孔隙壓力，α_B為Biot系數；ρ、C_p、λ分別表示密度、定壓熱容和導熱系數，下標m、w、s分別表示平均物性、流體和固體；φ為巖石孔隙度，T₀為無應力狀態下的溫度，q_T為多孔介質熱源匯強度，K_s為固體骨架體積模量，α_l為流體熱膨脹系數，α_s為固體骨架的熱膨脹系數，β_l為流體體積模量，k為巖石滲透率，μ_w為流體黏度；

所述裂縫熱-流-固耦合模型方程式為：

位移場方程：

滲流微分方程：

溫度場控制方程：

其中，(ρC_p)_fm＝φ_fρ_wC_pw+(1-φ_f)ρ_fC_pf，λ_fm＝φ_fλ_w+(1-φ_f)λ_f，式中u、σ、σ＇、K分別表示位移、總應力、有效應力和強度，n、s分別表示裂隙面法向和切向，下標f表示裂縫，d_f表示裂縫寬度，S_f表示裂隙儲水系數。/