凌璐璐，蘇 正，翟海珍，吳能友

（中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所，中國(guó)科學(xué)院天然氣水合物重點(diǎn)研究實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640）

西藏羊易EGS開發(fā)儲(chǔ)層溫度場(chǎng)與開采壽命影響因素?cái)?shù)值模擬研究*

凌璐璐，蘇 正?，翟海珍，吳能友

（中國(guó)科學(xué)院廣州能源研究所，中國(guó)科學(xué)院天然氣水合物重點(diǎn)研究實(shí)驗(yàn)室，廣州 510640）

西藏羊易地區(qū)具有豐富的地?zé)崮?，單井開發(fā)潛力接近10 MW，對(duì)其深部熱儲(chǔ)進(jìn)行EGS開采，可緩解西部能源緊缺問題。本文建立二維理想EGS開發(fā)模型，探討深層地?zé)衢_采過程中開采流量、注采方式、注入溫度等參數(shù)對(duì)熱儲(chǔ)溫度場(chǎng)分布及開采壽命的影響。基于羊易溫度信息設(shè)計(jì)了12個(gè)數(shù)值模型，對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，開采流量對(duì)EGS開采的影響較大，為保證開采50年內(nèi)的商業(yè)利用價(jià)值，最大開采流量應(yīng)控制在0.028 kg/s以下；考慮到鉆井成本，注采方式的選擇以高注高采和中注高采為最佳；注入溫度對(duì)熱儲(chǔ)開采影響較小，可選擇40℃～80℃之間任意溫度的地?zé)嵛菜M(jìn)行回灌，實(shí)現(xiàn)地?zé)豳Y源梯級(jí)利用。

EGS；熱儲(chǔ)；溫度場(chǎng)；開采壽命；流量

0 引 言

西藏羊易地區(qū)具有豐富的地?zé)崮?，熱流體產(chǎn)量大，地溫梯度高，熱源品質(zhì)好，是我國(guó)目前探明的溫度最高的基巖裂隙型高溫地?zé)崽?。前期勘探已鉆遇接近300℃的高溫?zé)醿?chǔ)，單井發(fā)電潛力接近10 MW，深部高溫?zé)醿?chǔ)的發(fā)電潛力更是不可估量，具有建立高載荷地?zé)犭娬镜臒嵩辞熬癧1-6]。合理地開發(fā)利用可以解決周邊的工業(yè)及生活用電問題，緩解西藏地區(qū)的能源緊缺現(xiàn)狀[1,7-8]。

深層地?zé)崮苁且环N高效、清潔、穩(wěn)定的能源，在未來可再生能源中的角色不可忽視。增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)（Enhanced Geothermal System, EGS）是開發(fā)深層地?zé)崮艿挠行Ъ夹g(shù)手段，其基礎(chǔ)理念是恢復(fù)儲(chǔ)存在地下巖石中的熱能，首先通過巖石壓裂技術(shù)（如水力壓裂）誘發(fā)新裂隙或增強(qiáng)天然裂隙形成人工熱儲(chǔ)，之后利用熱傳輸流體在裂隙網(wǎng)中的循環(huán)流動(dòng)將地下熱能提取到地面用于生產(chǎn)發(fā)電，冷卻后的流體再次注入熱儲(chǔ)形成一個(gè)閉合的回路[9-12]。

由于缺乏成熟的EGS商業(yè)示范，科學(xué)界對(duì)其機(jī)理尚未完全掌握。然而了解EGS熱?流過程對(duì)地?zé)衢_采和儲(chǔ)層可持續(xù)性來說是至關(guān)重要的[1]，尤其是在開采過程中熱儲(chǔ)的溫度場(chǎng)變化情況和EGS的開采壽命是首要考慮的問題。鑒于我國(guó)目前EGS正處于探索過程，還沒有實(shí)際的工程，本文選擇數(shù)值模擬手段對(duì)深層地?zé)衢_采的基礎(chǔ)問題進(jìn)行探討研究。數(shù)值模擬技術(shù)不但能夠描述地下流體行為和熱儲(chǔ)演變過程，可靠的模型還可以用于地?zé)崮艿脑u(píng)估和預(yù)測(cè)[1,13-26]。

本文使用數(shù)值模擬方法評(píng)估對(duì)EGS開采影響的重要敏感性參數(shù)，分析EGS開采過程中的熱儲(chǔ)溫度場(chǎng)變化，試圖為未來的工程實(shí)施提供數(shù)據(jù)參考和技術(shù)借鑒。模型參數(shù)是影響流體運(yùn)移的重要因素，從而改變儲(chǔ)層的溫度場(chǎng)分布，最終決定熱儲(chǔ)的熱能效率和開采壽命[1]。針對(duì)熱儲(chǔ)的模型參數(shù)研究，選擇西藏羊易地?zé)崽镒鳛檠芯繉?duì)象，假想在羊易地區(qū)建立地?zé)岚l(fā)電示范。以羊易地?zé)崽锏臏囟刃畔橐罁?jù)，建立二維理想數(shù)值模型，針對(duì)開采流量、注采方式、注入溫度等參數(shù)設(shè)計(jì)多組模型案例，了解EGS在開采50年內(nèi)的溫度場(chǎng)變化情況，對(duì)比在不同參數(shù)條件下EGS溫度場(chǎng)的分布及開采壽命，分析熱儲(chǔ)的可持續(xù)開采能力，探討在EGS開采前期的參數(shù)選擇和場(chǎng)地設(shè)計(jì)[1]。

1 地質(zhì)背景

羊易熱田位于西藏當(dāng)雄縣羊八井區(qū)吉達(dá)鄉(xiāng)南羊易村西側(cè)，東距拉薩72 km。北起恰拉改曲與羅朗曲交匯處以北，南至朗某錯(cuò)羅分水嶺，東西以第四系地層與基巖分界線為界，為一南北向斷裂控制的短線盆地，盆地地表為第四系沉積巖，西部有火山巖出露。地表出露更新界第三系和第四系地層，下伏基巖為喜山花崗巖斑巖及斑狀花崗巖。下更新統(tǒng)地層均為河湖相砂礫粘土層。羊易地?zé)崽锏膸r漿巖主要可以分為兩類：喜山早期酸性侵入巖和喜山晚期中性噴出巖。前者的主要成分是花崗斑巖和斑狀花崗巖。喜山晚期中性噴出巖為中新統(tǒng)火山巖。由上面巖性分析可見，西藏羊易地區(qū)基巖地層主要為花崗巖[1,27]。

構(gòu)造地質(zhì)環(huán)境決定了羊易地質(zhì)具備地?zé)崮荛_發(fā)的潛力。圖1為羊易的地理位置及淺層垂向地層的溫度分布，從圖中可以看出羊易地區(qū)多斷層、噴泉、熱泉、沸泉，水熱活動(dòng)十分豐富，熱顯示較為明顯，淺層地溫梯度約為50℃/100 m[28]。據(jù)勘探結(jié)果，羊易深部高溫?zé)醿?chǔ)蓋層地溫梯度為（47～72）℃/100 m，此地區(qū)在1 800 m深度的溫度接近300℃。本文以300℃溫度基礎(chǔ)作為羊易熱儲(chǔ)的關(guān)鍵信息，建立假想地?zé)釤醿?chǔ)模型，進(jìn)行多參數(shù)多方案的數(shù)值模擬計(jì)算及分析[1]。

圖1 羊易地理位置及垂向溫度分布[1]Fig. 1 Geographic location and vertical temperature distribution of Yangyi

2 開發(fā)模型

2.1 模型設(shè)計(jì)

EGS的熱儲(chǔ)溫度是工程設(shè)計(jì)選擇的首要對(duì)象，高品質(zhì)的地?zé)豳Y源能夠降低發(fā)電成本[29]。本文以羊易地?zé)崽餃囟刃畔橐罁?jù)，建立假想二維地質(zhì)模型，進(jìn)行EGS地?zé)崮艿拈_采模擬。設(shè)計(jì)400 m × 400 m的剖面二維網(wǎng)格。x方向以步長(zhǎng)遞增的方式增加網(wǎng)格寬度，兩側(cè)井筒處網(wǎng)格寬度為0.1 m。注入井和生產(chǎn)井分別位于模型兩側(cè)，注入點(diǎn)和開采點(diǎn)對(duì)應(yīng)的網(wǎng)格位于模型中間位置。z方向均分為40個(gè)網(wǎng)格，每個(gè)網(wǎng)格厚度為10 m，起始網(wǎng)格為地表以下3 000 m深度。羊易深層地?zé)衢_采概念模型見圖2[1]。

圖2 羊易深層地?zé)衢_采概念模型Fig. 2 Concept model of deep geothermal exploitation, Yangyi

2.2 計(jì)算模型

熱儲(chǔ)的參數(shù)決定了流體的運(yùn)移速率、溫度場(chǎng)分布和地?zé)崮荛_采壽命等[1]。數(shù)值模擬方法可以通過量化各個(gè)參數(shù)值，分析不同參數(shù)對(duì)開采結(jié)果的影響，為工程的實(shí)施提供借鑒和參考。根據(jù)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)和TOUGH2手冊(cè)中的案例[24-26,30-32]確定模型的基本熱物理參數(shù)，如表1所示。

分別對(duì)控制流量、注入溫度和注采方式設(shè)計(jì)了不同的方案，對(duì)各模型方案進(jìn)行了詳細(xì)的分析，研究了熱儲(chǔ)模型的參數(shù)敏感性，各方案之間具有一定的對(duì)比度和參考價(jià)值，模型方案如表2所示。

表1 模型熱物理學(xué)參數(shù)Table 1 Thermal and physical parameters of numerical model

表2 不同參數(shù)設(shè)計(jì)的模型方案Table 2 Model cases of different designing parameter

2.3 初始邊界條件

初始地層壓力為靜水平衡壓力條件，根據(jù)重力、水密度和地層深度進(jìn)行計(jì)算。初始系統(tǒng)溫度為300℃，即所有模型網(wǎng)格的溫度一致。模型四周設(shè)置為無流量邊界。注入點(diǎn)為給定流量、給定溫度邊界。開采點(diǎn)為給定流量邊界。假設(shè)熱儲(chǔ)中已經(jīng)充滿用于EGS循環(huán)的地?zé)崃黧w，即模型為飽和水狀態(tài)。另外，假設(shè)流體在注入井與生產(chǎn)井循環(huán)過程中的水損（water loss）為零。本文模擬所使用軟件為TOUGH2并行版本的EOS3模塊，是專門用于模擬地下水?熱活動(dòng)的數(shù)值模擬器，主要包含水和空氣兩種組分[1,30,33]。

3 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)表1中的熱物理學(xué)參數(shù)、表2的模型方案和初始邊界條件進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，設(shè)計(jì)開采年限為50年，分別針對(duì)控制流量、注采方式和注入溫度三個(gè)參數(shù)進(jìn)行分析，對(duì)比各不同參數(shù)對(duì)開采熱儲(chǔ)溫度場(chǎng)分布的影響，以及不同參數(shù)對(duì)EGS壽命的影響。

3.1 控制流量

流量不但決定了地?zé)崮艿陌l(fā)電功率，直接反映工程需求，而且是影響熱儲(chǔ)壽命的重要開采參數(shù)，研究流量對(duì)熱儲(chǔ)的溫度場(chǎng)影響十分必要。設(shè)計(jì)了三種不同數(shù)值的控制流量方案，進(jìn)行50年的熱儲(chǔ)定量開采模擬，了解流量值對(duì)熱儲(chǔ)溫度分布的影響?；A(chǔ)方案的開采流量為0.014 kg/s，對(duì)比方案的流量分別是基礎(chǔ)方案的2倍和5倍，為0.028 kg/s和0.069 kg/s。根據(jù)表2的編號(hào)，此處的三個(gè)流量方案分別方案1、方案2、方案3。為維持EGS熱儲(chǔ)中流體的平衡狀態(tài)，設(shè)計(jì)模擬注入流量與開采流量在數(shù)值上是一致的。

根據(jù)以上方案設(shè)計(jì)，用TOUGH2的EOS3模塊進(jìn)行模擬計(jì)算，得到了基礎(chǔ)方案在開采50年內(nèi)的溫度場(chǎng)變化情況，如圖3所示。開采第1年，只有注入點(diǎn)周圍出現(xiàn)了較小范圍的降溫。開采第5年，由于垂直方向的重力作用，冷水向下運(yùn)移的距離大于水平運(yùn)移的距離，垂向上的溫度影響范圍約為215 m，水平方向約為60 m。開采第10年，溫度降低的影響范圍到達(dá)模型底部，并在水平方向上延伸到180 m。開采第20年，水平方向的溫度場(chǎng)變化范圍為360 m，垂直方向幾乎沒有變化。開采第30年，溫度變化影響范圍到達(dá)開采井所在的模型邊界。開采第50年，熱儲(chǔ)有超過一半的范圍發(fā)生了不同程度的溫度降低，以注入點(diǎn)為中心到開采點(diǎn)的發(fā)生梯度降低，此時(shí)開采點(diǎn)的溫度約為270℃，熱儲(chǔ)仍具有較大的開采潛力。

圖3 EGS開采50年內(nèi)熱儲(chǔ)溫度場(chǎng)分布Fig. 3 Temperature distribution of EGS reservoir in 50 years

將開采點(diǎn)至注入點(diǎn)連線上的溫度進(jìn)行作圖對(duì)比，如圖4所示。這些控制點(diǎn)不但描述了注入點(diǎn)、開采點(diǎn)周圍的溫度變化，也可以反映整個(gè)熱儲(chǔ)的降溫情況。整體上看，方案1的熱儲(chǔ)溫度較為穩(wěn)定，到開采30年時(shí)，曲線溫度有略微降低，第50年時(shí)大約降低到250℃附近。方案2在開采前20年都較為穩(wěn)定，到第30年，曲線開始逐漸衰退，開采結(jié)束后，大部分降低至200℃以下。方案3的降溫幅度則較為明顯，整個(gè)曲線幾乎只有80℃，說明熱儲(chǔ)下半部分已經(jīng)完全冷卻。

開采第1年，方案1和方案2的降溫范圍不到50 m，方案3的降溫影響范圍約在100 m左右，其余范圍內(nèi)幾乎沒有發(fā)生溫度降低。第5年，各方案在第1年的基礎(chǔ)上有略微降低。第10年，方案3的影響范圍接近350 m，且80℃低溫帶接近100 m。第20年，方案2的開采影響范圍接近模型邊界，方案1和方案2接近開采井的溫度曲線逐漸開始分離，方案3降溫幅度明顯，開采點(diǎn)已降低至230℃。第30年，方案2的曲線發(fā)生了整體降溫，但大部分仍維持在250℃左右，方案3有超過1/2的距離已經(jīng)降低至80℃，其余部分也不足200℃。第50年，方案1曲線也發(fā)生了整體的降溫，熱儲(chǔ)大部分溫度降到250℃附近，方案2的曲線進(jìn)一步衰退，方案3在開采點(diǎn)與注入點(diǎn)連線上幾乎只有80℃。

圖4 注入點(diǎn)與開采點(diǎn)連線溫度變化Fig. 4 Temperature distribution between injection and production point

根據(jù)美國(guó)麻省理工大學(xué)（MIT）的報(bào)告，當(dāng)開采溫度低于150℃時(shí)，EGS熱儲(chǔ)就已經(jīng)失去了商業(yè)利用價(jià)值[34]?？梢酝ㄟ^觀察開采點(diǎn)的溫度變化情況，確定熱儲(chǔ)的開采壽命，圖5為三種流量開采方案50年內(nèi)開采點(diǎn)的溫度變化情況。從圖中可以看出，方案1在開采的前25年，溫度幾乎沒有發(fā)生變化，之后曲線有緩慢的下降趨勢(shì)，到50年時(shí)仍有270℃的開采溫度，熱儲(chǔ)仍具有較大的開采潛力，熱儲(chǔ)壽命大于50年。方案2在開采前20年溫度維持穩(wěn)定，20年后曲線呈現(xiàn)線性下滑，最終開采點(diǎn)溫度為220℃，仍然可以維持開采，熱儲(chǔ)壽命大于50年。方案3的開采點(diǎn)溫度只維持了10年，之后曲線就開始大幅度降落，到38年的時(shí)候降低至150℃，此時(shí)EGS系統(tǒng)達(dá)不到商業(yè)開采的需求，熱儲(chǔ)壽命已盡。

根據(jù)上述三種流量方案的計(jì)算結(jié)果對(duì)比，以及開采點(diǎn)溫度變化情況的分析，在保證熱儲(chǔ)溫度（＞150℃）和開采壽命（＞50年）的條件下，開采流量的上限是0.028 kg/s，流量越小，開采點(diǎn)的溫度變化越緩慢，地?zé)崮艿墓こ谭€(wěn)定性越高，但過小的流量不一定能達(dá)到工程開采的實(shí)際需求。當(dāng)流量超過0.028 kg/s，熱儲(chǔ)的開采壽命將會(huì)逐漸降低，并且不利于后期的熱儲(chǔ)溫度恢復(fù)。

圖5 不同開采流量條件下開采點(diǎn)的溫度變化情況Fig. 5 Temperature changes under different production flow at production point

3.2 注采方式

不同的注采方式，對(duì)應(yīng)不同的鉆井深度，決定了EGS工程前期的投入成本。根據(jù)注入點(diǎn)和開采點(diǎn)在模型中的位置，共設(shè)計(jì)了低注高采、低注中采、中注高采、中注中采、高注高采、高注中采6種注采方案，高、中、低三個(gè)點(diǎn)位分別對(duì)應(yīng)模型縱坐標(biāo)的?3 000 m、?3 200 m和?3 400 m。案例沒有設(shè)計(jì)低采模式，是因?yàn)槔渌捎诿芏却笤谥亓ψ饔孟聲?huì)先發(fā)生下沉，如果低點(diǎn)位開采會(huì)較快地抽取到冷水，縮短EGS熱儲(chǔ)的壽命。

根據(jù)數(shù)值模型的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)低注高采和低注中采，中注高采和中注中采，高注高采和高注中采的溫度分布是分別相似的，僅僅在開采點(diǎn)附近有微小的區(qū)別，即得出開采點(diǎn)對(duì)結(jié)果的影響與注入點(diǎn)對(duì)結(jié)果的影響相比作用微小甚至可以忽略。因此，選取低注高采、中注高采和高注高采三個(gè)方案的50年熱儲(chǔ)溫度場(chǎng)分布進(jìn)行出圖展示，如圖6所示。低注高采經(jīng)過50年的地?zé)崮荛_采，模型的二維溫度場(chǎng)左下角出現(xiàn)了一片冷卻區(qū)域，垂向和水平的影響距離分別為100 m和250 m。熱儲(chǔ)溫度整體降低面積較小，未超過模型的1/2，開采點(diǎn)發(fā)生第一梯度的溫度降低，約為280℃。注入點(diǎn)左下角到開采點(diǎn)溫度呈現(xiàn)出穩(wěn)定的梯度降低。中注高采方案在注入點(diǎn)一側(cè)有小面積細(xì)長(zhǎng)條的低溫區(qū)域。在開采點(diǎn)一側(cè)，高采比中采方案（即基礎(chǔ)方案）的溫度降低速度略快一些。相對(duì)于低注模型，中注模型的冷卻帶面積較小，開采點(diǎn)位置溫度降低幅度差別不大。高注高采模型的冷卻帶出現(xiàn)在模型左上角，呈細(xì)長(zhǎng)條狀。EGS熱儲(chǔ)整體溫度降低影響范圍較大，超過了模型面積的5/8。

對(duì)比注采方式不同的6個(gè)案例，可以得出，在同一種注入模式的條件下，開采點(diǎn)的位置對(duì)結(jié)果影響較小。對(duì)熱儲(chǔ)溫度和壽命影響較大的是注入點(diǎn)的選取位置，低點(diǎn)位注入會(huì)在熱儲(chǔ)內(nèi)聚集較大范圍的冷卻區(qū)域，熱儲(chǔ)開采點(diǎn)的溫度幾乎沒有發(fā)生變化；中點(diǎn)位注入的冷卻區(qū)域面積較小，開采點(diǎn)溫度降低幅度也不大，大約在270℃；高點(diǎn)位注入的模擬結(jié)果與中點(diǎn)位的結(jié)果下半部分是相似的，不同之處是在模型上半部分也有降溫，對(duì)整個(gè)熱儲(chǔ)溫度影響的面積較大。為避免系統(tǒng)大面積降溫和大范圍的低溫區(qū)形成，選擇中間點(diǎn)位注入模式更為理想，其次為高點(diǎn)位注入。EGS開采50年內(nèi)，開采點(diǎn)的位置可以任選，為降低鉆井施工投入成本，建議對(duì)地?zé)崮苓M(jìn)行高點(diǎn)位開采。

圖6 EGS開采50年時(shí)熱儲(chǔ)溫度場(chǎng)分布Fig. 6 Temperature distribution of EGS reservoir at 50 years

3.3 注入溫度

采出的高溫地?zé)崮芤话阌糜诎l(fā)電，發(fā)電后的余熱可以進(jìn)行供暖、養(yǎng)殖等二次利用，進(jìn)行充分的梯級(jí)利用之后殘余的地?zé)崴龠M(jìn)行生產(chǎn)回注，形成EGS開采的水循環(huán)過程，循環(huán)可以大大減少水資源的浪費(fèi)，同時(shí)避免了地?zé)嵛菜奈廴?。?jīng)梯級(jí)利用后的熱水剩余溫度，即循環(huán)注入水的溫度，分別設(shè)計(jì)了注入溫度為40℃、50℃、60℃、70℃和80℃的 開采模擬方案，觀察注入水溫對(duì)開采的影響。

根據(jù)不同注入溫度方案的數(shù)值模擬結(jié)果發(fā)現(xiàn)，注入溫度對(duì)熱儲(chǔ)二維溫度場(chǎng)分布的影響較小。圖7顯示了不同注入溫度條件下，開采點(diǎn)溫度隨時(shí)間的變化情況。注入水溫度對(duì)開采點(diǎn)的影響前期并不明顯，后期才逐漸顯現(xiàn)出來。大約20年后，開采點(diǎn)溫度開始下降，表明EGS穩(wěn)定開采的壽命至少有20年，50年后溫度最大降低為36℃，最小降低為30℃，各模型相差范圍在6℃內(nèi)，注入水溫度越低，開采點(diǎn)的溫度降低幅度越大。

EGS使用的注入水，一般是開采利用后的地?zé)嵛菜?，既然不同注入溫度?duì)模型的影響在可接受的范圍內(nèi)，則可待地?zé)崮茉催M(jìn)行充分的梯級(jí)利用后，再進(jìn)行回注。80℃以上的地?zé)崴€具有可觀的商業(yè)價(jià)值，40℃以下利用價(jià)值則較小，為保持熱儲(chǔ)可持續(xù)性及地?zé)崮艹浞掷茫蛇x擇40℃～80℃之間任意溫度的地?zé)嵛菜M(jìn)行生產(chǎn)回注。

圖7 不同注入溫度條件下開采點(diǎn)的溫度隨時(shí)間變化Fig. 7 Temperature changes under different injection temperature at production point

4 討 論

采用數(shù)值模擬的方法，建立了西藏羊易地區(qū)的二維EGS開采模型，計(jì)算得到的結(jié)果具有一定的參考價(jià)值，可為未來工程實(shí)施提供開采方案和技術(shù)參考。但是鑒于地層非均質(zhì)、非理想的實(shí)際情況，模型存在一定的不確定性和有待改進(jìn)之處。

研究結(jié)果不確定性主要為地質(zhì)參數(shù)的不確定性，相關(guān)地質(zhì)參數(shù)缺少原位測(cè)定的相關(guān)數(shù)據(jù)，參數(shù)多取自文獻(xiàn)和相關(guān)資料，結(jié)果不一定是準(zhǔn)確的。但是最主要的溫度參數(shù)是實(shí)際測(cè)得的，對(duì)結(jié)論的可靠性提供了一個(gè)重要的保障。另外，參數(shù)的選取基于對(duì)EGS已有知識(shí)的了解進(jìn)行了慎重的選擇，保證所有參數(shù)在合理的范圍內(nèi)，其中一些參數(shù)的選取是依據(jù)實(shí)際的場(chǎng)地?cái)?shù)據(jù)。數(shù)值的選取僅為定量，可隨時(shí)根據(jù)不同的場(chǎng)地變化或者開采變動(dòng)進(jìn)行調(diào)整，模型的合理性和穩(wěn)定性才是未來地?zé)崮墚a(chǎn)量預(yù)測(cè)的重要前提，一旦得到場(chǎng)地實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)并對(duì)模型進(jìn)行擬合和調(diào)整，基于物理模型建立的數(shù)值模型就可以應(yīng)用到實(shí)際中，為地?zé)崮艿拈_采提供能量評(píng)估、方案決策和壽命預(yù)測(cè)。

本文仍有許多有待解決的問題和改進(jìn)之處。比如模型有待根據(jù)實(shí)際場(chǎng)地進(jìn)行改進(jìn)，若進(jìn)行示范工程，可建立三維復(fù)雜網(wǎng)格系統(tǒng)以及符合實(shí)際的不規(guī)則邊界網(wǎng)格。在獲得地質(zhì)參數(shù)之后，可以建立真實(shí)的數(shù)值模型進(jìn)行計(jì)算與評(píng)估，可與實(shí)際工程進(jìn)行對(duì)比擬合，之后可以用來對(duì)EGS地?zé)崮苓M(jìn)行預(yù)估和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。另外有待解決的問題有，進(jìn)一步對(duì)其他參數(shù)進(jìn)行詳盡的數(shù)值評(píng)估，比如地層厚度、開采模式、邊界條件等。

5 結(jié) 論

以羊易地?zé)崽餃囟刃畔橐罁?jù)，建立EGS二維模型，用數(shù)值模擬的方法分析了開采流量、注采模式和注入溫度等對(duì)EGS開采的影響，得到的結(jié)論可為工程實(shí)施提供數(shù)據(jù)參考和借鑒：

（1）開采流量對(duì)熱儲(chǔ)開采影響較大，開采流量與熱儲(chǔ)溫度降低呈現(xiàn)出正相關(guān)，在保證50年商業(yè)開采價(jià)值的條件下，最大開采流量應(yīng)控制在0.028 kg/s以下。

（2）注采模式對(duì)開采結(jié)果的影響主要體現(xiàn)在注入點(diǎn)的位置上，中點(diǎn)位注入模式優(yōu)于高點(diǎn)位注入，低點(diǎn)位不作考慮，在考慮鉆井成本的前提下，選擇高注高采和中注高采都是比較理想的方案。

（3）注入溫度對(duì)模型結(jié)果的影響較小，可以在充分進(jìn)行地?zé)崮芴菁?jí)利用后，用40℃～80℃之間任意溫度的地?zé)嵛菜M(jìn)行回灌生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。

開采流量、注采模式和注入溫度是影響地?zé)崮荛_采的幾個(gè)重要參數(shù)。通過對(duì)參數(shù)的優(yōu)化，建立合理的模型，可延長(zhǎng)EGS熱儲(chǔ)的生產(chǎn)壽命，提高開采點(diǎn)的熱能效率，最小化熱損失等。

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Numerical Simulation Study of the Parameters Effect on Temperature Distribution and Mining Life during EGS Exploitation, Yangyi of Tibet

LING Lu-lu, SU Zheng, ZHAI Hai-zhen, WU Neng-you
(Key Laboratory of Gas Hydrate, Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China)

There is a rich geothermal energy in Yangyi area of Tibet and the potential energy of single well can be up to 10 MW. Utilization of Enhanced Geothermal System (EGS) technology in the exploitation of deep geothermal energy can alleviate the western energy shortage problem. An idealized 2D EGS numerical model was built to discuss the influence of production flow, injection-production pattern, injection temperature and other parameters on reservoir temperature distribution and mining life during the process of deep geothermal exploitation. 12 cases were designed based on the temperature information of Yangyi and the conclusions are as follows: production flow has a great influence on EGS exploitation, maximum production flow should be controlled below 0.028 kg/s to ensure commercial exploitation value for 50 years； considering the drilling cost, it is better to take high-injection-high-production and middle-injection-high-production pattern； the influence of injection temperature on the reservoir is small, any tail water between 40oC～80oC can be reinjection into EGS reservoir to achieve the utilization of geothermal gradient.

EGS； geothermal reservoir； temperature distribution； mining life； flow rate

TK529

A

10.3969/j.issn.2095-560X.2015.05.008

2095-560X（2015）05-0367-08

凌璐璐（1988-），女，碩士，研究實(shí)習(xí)員，主要從事增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)數(shù)值模擬研究。

蘇 正（1980-），男，博士，研究員，主要從事天然氣水合物及地下流體動(dòng)力學(xué)數(shù)值模擬研究。

翟海珍（1990-），女，博士研究生，主要從事增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)研究。

吳能友（1965-），男，博士，研究員，主要從事天然氣水合物和增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)研究。

2015-06-15

2015-08-12

NSFC-廣東聯(lián)合基金項(xiàng)目（U1401232）；廣東省自然科學(xué)基金重大基礎(chǔ)培育項(xiàng)目（2014A030308001）；中科院廣州能源所所長(zhǎng)基金培育項(xiàng)目（y107a41001）

? 通信作者：蘇 正，E-mail：suzheng@ms.giec.ac.cn