基于热-流-化耦合作用的单井增强地热系统性能分析

地热流体中的矿物溶解沉淀对地热资源开发具有重要影响.本文基于水-SiO2反应速率控制方程,建立了单井增强地热系统(SEGS)热-流-化(THC)耦合数值模型,利用解析解验证了流动换热模型和溶质运移模型的准确性,模拟分析了储层温度、SiO2浓度、反应速率和裂隙宽度之间的耦合关系.基于离散裂隙模型,分析了注入矿物浓度和注入流量对SEGS取热性能的影响.结果表明:① 过饱和注入引起的矿物沉淀与欠饱和注入引起的矿物溶解均发生在远离注入段的一定距离处,裂隙宽度的改变呈带状分布,反应速率峰值随时间推移向外围移动;② 由热-流(TH)与热-流-化(THC)耦合模型得出的注入压力和采出温度最大相差2.12MPa和4.66℃.欠饱和注入降低了注入压力,加快了采出温度的衰减,过饱和注入则与之相反;③ 注入流体中的SiO2浓度每增加0.005mol/kg,30年平均注入压力增加0.5MPa,平均采出温度增加0.4℃.将注入流量从8kg/s提高至12kg/s,对于过饱和注入,系统运行30年后的注入压力提高7.2MPa,采出温度下降8.58℃;对于欠饱和注入,注入压力提高5.14MPa,采出温度下降10.43℃.