[發(fā)明專利]一種基于熱-流-固-損傷耦合的干熱巖產(chǎn)熱預(yù)測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210330243.6
• 申請日: 2022-03-31
• 公開（公告）號: CN114638137B
• 公開（公告）日: 2023-03-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王永亮;武佳麗
• 申請（專利權(quán)）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(chǎn)權(quán)代理有限公司 11901
• 代理人: 劉靜

本發(fā)明公開了一種基于熱?流?固?損傷耦合的干熱巖產(chǎn)熱預(yù)測方法，包括：建立干熱巖增強(qiáng)地?zé)嵯到y(tǒng)熱?流?固耦合模型，對所述干熱巖增強(qiáng)地?zé)嵯到y(tǒng)模型進(jìn)行網(wǎng)格自適應(yīng)劃分，進(jìn)行熱?流?固多物理場耦合計(jì)算，獲得熱、流、固各物理場解答；再根據(jù)應(yīng)力解對干熱巖儲(chǔ)層區(qū)域進(jìn)行損傷分析，得到干熱巖儲(chǔ)層的局部損傷區(qū)；基于所述熱?流?固耦合解，獲得干熱巖的熱能。本發(fā)明通過建立一個(gè)考慮熱?流?固多物理場耦合的工程尺度干熱巖儲(chǔ)層模型，并對干熱巖開采熱擴(kuò)散過程進(jìn)行模擬，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)層損傷分析和模型網(wǎng)格優(yōu)化，從而能夠可靠地評估出干熱巖開采出的熱能。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)(EGS)干熱巖人工熱儲(chǔ)建造領(lǐng)域，特別是涉及一種基于熱-流-固-損傷耦合的干熱巖產(chǎn)熱預(yù)測方法。

背景技術(shù)

隨著環(huán)境問題日益嚴(yán)峻以及能源逐漸減少，對新型清潔能源的開發(fā)和利用已成為人類可持續(xù)發(fā)展的必然要求。地?zé)崮苁且环N儲(chǔ)量大、分布廣、開發(fā)利用安全、穩(wěn)定清潔和高效的可再生能源，干熱巖型地?zé)崮茉匆蚱淙蚍秶鷥?nèi)分布廣泛，且利用后的排放量幾乎為零而得到廣泛應(yīng)用。增強(qiáng)地?zé)嵯到y(tǒng)是在干熱巖技術(shù)基礎(chǔ)上提出的一種開采熱能的技術(shù)，利用水力壓裂改造干熱巖巖體原有天然裂縫，構(gòu)建流體過流和換熱的裂縫網(wǎng)絡(luò)通道，是開發(fā)該類能源的主要技術(shù)手段。目前研究表明，增強(qiáng)地?zé)嵯到y(tǒng)開采出的熱能不僅能用于發(fā)電、供暖，還在農(nóng)業(yè)、工業(yè)以及醫(yī)療等眾多行業(yè)的應(yīng)用都具有良好的經(jīng)濟(jì)效益，因此具有十分重要的研究意義。

但因?yàn)楦蔁釒r型地?zé)崮茉词堑厍騼?nèi)部埋藏于地面以下數(shù)千米的內(nèi)部不存在流體或僅有少量地下流體的高溫巖體，其賦存條件十分復(fù)雜。由于處在高地應(yīng)力、高溫、高滲透水壓和復(fù)雜化學(xué)環(huán)境中，巖體將發(fā)生極其復(fù)雜的熱-流-固等多物理場耦合作用。對于地?zé)崮荛_發(fā)，目前主要的問題在于如何模擬其開采過程中引發(fā)的溫度場、滲流場、應(yīng)力場之間相互作用的復(fù)雜變化規(guī)律，解決其熱-流-固多物理場耦合問題。建立熱-流-固耦合數(shù)學(xué)模型來進(jìn)行增強(qiáng)地?zé)嵯到y(tǒng)數(shù)值模擬是目前認(rèn)為研究干熱巖地?zé)崮軆?chǔ)層中熱-流-固等多物理場耦合效應(yīng)的一種關(guān)鍵方法，因此要想能夠準(zhǔn)確的模擬干熱巖開采過程中地?zé)醿?chǔ)層的性能，以及準(zhǔn)確預(yù)測出開采出的能量的多少，必須要開展基于熱-流-固耦合的干熱巖建模與熱擴(kuò)散模擬。

數(shù)值建模是研究斷裂干熱巖儲(chǔ)層中熱-流-固耦合效應(yīng)的一種經(jīng)濟(jì)而有效的方法。然而，由于處理多物理場和不協(xié)調(diào)性的復(fù)雜性，開發(fā)熱-流-固耦合模型來模擬增強(qiáng)地?zé)嵯到y(tǒng)是非常具有挑戰(zhàn)性的。自20世紀(jì)70年代初以來，已經(jīng)提出了許多不同的模型。在此背景下，有學(xué)者率先開發(fā)了一個(gè)數(shù)值模型，解決了熱的耦合過程，但在評估系統(tǒng)的長期性能時(shí)還要考慮傳輸、流體流動(dòng)以及巖石斷裂的影響。因此又使用了網(wǎng)格單元?jiǎng)澐址ê鸵恍┓治鲇?jì)算研究了在水力壓裂作用下干熱巖地?zé)醿?chǔ)層中裂縫的起裂和擴(kuò)展，之后又開發(fā)了一個(gè)用于模擬流體流經(jīng)由干熱巖儲(chǔ)層的熱能開采而形成的垂直裂縫的數(shù)值模型。此外還開發(fā)了一個(gè)鉿元素模型，用于分析干熱巖地?zé)豳Y源的大裂縫，該模型研究了由于水循環(huán)和傳熱機(jī)制導(dǎo)致的裂縫寬度增加對能源生產(chǎn)造成的影響。也有其他學(xué)者通過開發(fā)程序，使用集成的立方體差分法分析了單個(gè)同心圓地?zé)峋仓醒h(huán)流體和干熱巖之間的熱傳導(dǎo)。

然而上述大多數(shù)模型都是側(cè)重于單純熱提取計(jì)算，并沒有考慮熱-流-固多物理場耦合、未采用實(shí)際流態(tài)的概念模型、儲(chǔ)層損傷等重要因素來對干熱巖以及熱擴(kuò)散進(jìn)行工程尺度上的數(shù)值模擬，降低了產(chǎn)能預(yù)測效果。因此，本申請開展了一種基于熱-流-固耦合的干熱巖建模與熱擴(kuò)散模擬方案的研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于熱-流-固-損傷耦合的干熱巖產(chǎn)熱預(yù)測方法，以解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于熱-流-固-損傷耦合的干熱巖產(chǎn)熱預(yù)測方法，包括：

建立干熱巖增強(qiáng)地?zé)嵯到y(tǒng)模型，對所述干熱巖增強(qiáng)地?zé)嵯到y(tǒng)模型進(jìn)行網(wǎng)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(qiáng)地?zé)嵯到y(tǒng)模型的網(wǎng)格進(jìn)行熱-流-固多物理場耦合計(jì)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。