CO2基增强型地热系统中流体-花岗岩相互作用研究进展及展望

CO₂与水相比,膨胀性大、黏度低、与岩石反应程度低,并且在作为增强型地热系统（EGS）渗流传热流体时,比水具有更高的换热效率。对CO₂-EGS生产过程中储层岩石物性变化的研究具有重要意义,从理论研究、实验研究、数值模拟3个方面,对CO₂基增强型地热系统CO₂-EGS中流体-岩石相互作用的研究现状进行了总结,并且从矿物成分、微观孔结构和力学性质3个方面对储层岩石性质的变化进行了评价。结果表明,CO₂-水-岩石相互作用参与反应的矿物主要为石英、长石类;而沉淀的矿物为蒙脱石、伊利石及方解石等。CO₂-水-岩石相互作用会导致储层岩石的力学性质下降,孔隙结构特征改变。最后,讨论了CO₂作为EGS渗流传热流体仍需攻克的难点问题,包括:CO₂的热动力学特征、换热效率,CO₂-水-岩石的相互作用及其对储层性质的改变,影响CO₂-EGS经济性的因素,以及CO₂-EGS数值模型的研究等。针对这些方面的研究可为今后CO₂-EGS的开发奠定基础。      

基于离散裂隙网络法和水流数值模拟技术的地下水封洞库水封性研究

水封性是保证地下水封洞库安全运营的关键,目前研究地下水封洞库水封性的主要难点在于裂隙岩体含水层强烈的非均质性和各向异性。以某地下水封洞库工程为背景,通过实测裂隙几何参数分析裂隙发育特征,建立了研究区离散裂隙网络模型。之后对研究区进行网格化划分计算了各单元体渗透系数张量,基于对裂隙渗流基本规律的理解和假设建立了研究区高精度的非均质各向异性渗流模型,并对研究区渗透性特征进行分析。通过建立非均质各向异性渗流模型对水幕系统水封性能进行了探讨并与传统均质各向同性渗流模型进行对比分析,利用该模型可以弥补传统均质各向同性渗流模型的不足,更加准确地评价由于裂隙岩体非均质各向异性造成的储品泄漏风险。     

降雨对滑坡的影响与基于ANSYS的滑坡数值模拟研究

分析了四川理县一处山体滑坡2014-08～2015-08的监测数据。结果表明,滑坡处于缓慢发生中,滑移的主要方向指向山体旁的学校;1 a中3个监测点在该方向上的累积位移量分别为180 mm、262 mm和448 mm。分析降雨量资料发现,降雨对山体滑坡有延迟的影响。利用ANSYS软件对滑坡发生的过程进行数值模拟,并计算监测点的位移,结果与实际观测情况吻合较好,得到降雨量与弹性模量、密度、粘聚力、内摩擦角之间的关系。该数值模拟实验提供了一种预测滑坡的新方法。     

流域空间离散化及其对径流过程模拟的影响研究

本文分析比较了流域空间离散化的两种途径 :子流域法和网格法 ,并以此对流域径流过程模拟的影响进行了探讨。结果表明空间尺度和时间尺度之间应该是相互关联、相互匹配的 ;时空尺度具体大小的选定要根据研究目的、研究区域的面积、流域下扩建面信息源和模型输入资料的可获性综合考虑。     

地形对台风影响的数值模拟研究——以台风“泰利”为例

为研究台湾岛地形对台风移动路径及结构的影响,利用高分辨率中尺度MM5V3模式,设计3组敏感性试验,对“0513”号台风“泰利”在2005年8月31日00：06到9月1日18：00（世界时）影响台湾岛的过程进行数值模拟研究。主要就台湾岛地形对台风移动路径、气压场、散度场、涡度场和降水场进行分析。试验结果表明：台湾岛地形对台风“泰利”的移动路径和中心气压的影响不显著;地形的强迫作用对台风涡度场的中心强度和非对称结构有明显的影响;台湾岛地形是形成迎风坡诱生低压和背风坡诱生高压的主要因子;地形是台风外围降水加强的主要原因。     

三区复合凝析气藏多分支水平井压力动态特征

钻井技术的发展使多分支水平井应用于海上凝析气藏开发。根据凝析气藏开采过程中的相变特征,将气藏划分为3个区:Ⅰ区为油气同流区,Ⅱ区为气体流动、油不流动的过渡区,Ⅲ区为纯气区。建立三区复合凝析气藏多分支水平井的解析模型,采用点源函数、Fourier有限余弦积分变换、Green函数等方法求解模型,利用MATLAB软件绘制井底压力特征曲线,分析凝析气藏多分支水平井的渗流规律,对相关参数进行敏感性分析。结果表明:凝析气藏多分支水平井的渗流过程划分为9个阶段;应力敏感效应使第二径向流阶段后的压力特征曲线逐渐上翘;分支井长度增加,分支井线性流持续时间变长;分支井间距减小,两分支井间的压力波相互干扰,导致第二径向流水平段缩短;分支井数量减少使早期的压力特征曲线向上偏移;相邻两区流度比越接近1,曲线后期上移越明显;区域半径影响径向流阶段持续时间。该模型能更准确地模拟凝析气藏多分支水平井的生产动态,为凝析气藏开发提供指导。     

考虑储层改造体积页岩气藏复合模型

针对页岩气藏中水平井结合体积压裂开采、吸附气和游离气共存的方式,建立考虑储层改造体积的页岩气藏复合模型,定义新的参数表征基质中吸附解吸气量与游离气弹性释放量的比值,且将储层分为人工主裂缝区域、储层改造区域和未改造区域,其中人工主裂缝基于离散裂缝模型降维处理,储层改造区域为双孔双渗模型,未改造区域为单孔隙介质模型;模型采用有限元方法进行求解,与双重介质解析解对比验证算法的正确性.结果表明:页岩气藏水平井体积压裂复合模型主要存在主裂缝周围线性流、过渡区域拟稳态、窜流阶段、未改造区域的拟径向流动和到达边界后的拟稳态等5个主要流动阶段,且考虑吸附解吸后,定产量生产所需压差小,压力波传播到边界时间长,压力导数曲线凹槽更加明显,定井底流压生产时压裂水平井产量更大,稳产时间更长;储层改造体积越大,到达区域拟稳态流越晚,可判定储层改造体积;Langmuir吸附体积越大,压力波传播越慢,所需压差越小,压力导数曲线凹槽越深,页岩气藏稳产时间越长,产量越大,但产量的增幅越来越小.     

考虑裂缝干扰的气藏压裂水平井产能预测模型

基于压裂水平井井身结构复杂,需要建立考虑裂缝参数变化且符合水平井渗流特征的产能预测模型.为准确预测压裂水平井产能,通过保角变换和势的叠加原理,建立新模型,不仅考虑裂缝长度、裂缝间距、裂缝夹角的变化对压裂水平井产能的影响,还考虑裂缝间的相互干扰.结果表明:压裂水平井产能随着裂缝条数、长度和裂缝夹角的增加而增大.模型通过现场验证,计算单井无阻流量与试采结果对比,相对误差为8.3%,计算结果较为准确.     

带隔板的底水油藏水平井水脊高度计算

在水平井开采含夹层底水油藏物理实验的基础上,观察水脊形态变化及水淹规律,抽象出带隔板底水油藏水平井的物理模型。将物理模型划分为3个区,以多孔介质渗流理论为基础,利用镜像反映法和势的叠加原理,建立任一时刻水脊高度的计算模型,并根据物理实验得到的油井见水时水质点的运动路径对油井的见水时间进行预测,对见水时间影响因素进行分析。结果表明:水脊上升速度随时间的变化逐渐减缓;在隔板边缘下方处及水平井井底附近,水脊上升速度随时间变化较其余位置快,并且水脊高度在平面上的变化幅度也较大;随着隔板半径的增大及隔板与井的垂直距离增加,见水时间明显延后;见水时间随着水平井产量的增加而缩短。计算的水脊高度变化规律与物理实验相互验证,见水时间与实际误差约为4.9%,可为该类油藏开发提供参考。     

考虑应力敏感效应的复合油藏多级压裂水平井压力动态分析

应力敏感效应是影响致密油气藏压力动态分析的重要因素。考虑应力敏感效应、体积压裂改造区(SRV)及水力裂缝的有限导流能力,建立水力裂缝为树状缝网的双重介质复合油藏多级压裂水平井数学模型。运用摄动变换、Duhamel原理、Laplace变换等方法求解模型,得到井底压力线源解,绘制井底压力动态曲线并对相关参数进行敏感性分析。结果表明:多级压裂水平井的渗流过程划分为12个阶段。渗透率应力敏感系数使压力曲线上翘;储容系数影响窜流的时间与强度;窜流系数影响基质向裂缝窜流出现时间;内外区流度比主要影响内区向外区过渡流及晚期径向流阶段;裂缝间距和裂缝长度增大有助于增加泄油面积,减小整体渗流阻力;内区半径主要影响内区向外区过渡时间。该结果对致密油气藏多级压裂水平井渗流规律分析和试井解释具有指导意义。     

涿鹿盆地三维多裂隙地质模型地温场数值模拟

地温场预测是地热资源储量评价的重要前提,深部裂隙岩体渗流-传热耦合温度场研究正受到越来越多的关注。涿鹿盆地是新生代地堑式断陷盆地,地表温泉出露点多,地热资源丰富。依据实际地质调查结果和3条地球物理勘探测线解译的地质构造剖面,建立了矿场尺度的涿鹿盆地三维不平行多裂隙地质模型和地热成因模型,赋值调整参数,得到考虑地下水流动情况下多裂隙岩体渗流-传热数学模型,模型的合理性得到验证后,模拟计算了盆地内部温度场,指出盆地地热异常区集中在盆地中心蓟县系（70℃左右）和盆地北东长城系部位（90~98℃）,最后研究分析了水力梯度的变化对盆地内部温度场的影响规律。研究结果为涿鹿盆地或同类型地区地热资源勘探、评价和开发利用提供一定的依据。      

Numerical simulation of seepage flow field in groundwater source heat pump system and its influence on temperature field

Energy utilization in the aquifers is a new technology closely related to development of heat pump technique. It is significant for the flow distribution to be predicted in the aquifer surrounding the Groundwater Source Heat Pump System （GSHPS）. The authors presented a new concept of ＂flow transfixion＂ by analyzing general features of aquifers, and then discussed interaction of the flow transfixion with the beat transfixion, which has practical significance to projects. A numerical model of groundwater flow was established based on the basic tenets of water-heat transferring in the aquifer. On this basis the flow field and the temperature field of GSHPS for a site in Shenyang City were numerically simulated. The basis of the flow transfixion was obtained; it was discussed for the influence of the flow transfixion on the heat transfixion. To a certain extent, the study offers some reference for the projects＇ design of GSHP in the studied area.     

Numerical simulation of seepage flow field in groundwater source heat pump system and its influence on temperature field

Energy utilization in the aquifers is a new technology closely related to development of heat pump technique. It is significant for the flow distribution to be predicted in the aquifer surrounding the Groundwater Source Heat Pump System (GSHPS). The authors presented a new concept of "flow transfixion" by analyzing general features of aquifers, and then discussed interaction of the flow transfixion with the heat transfixion, which has practical significance to projects. A numerical model of groundwater flow was established based on the basic tenets of water-heat transferring in the aquifer. On this basis the flow field and the temperature field of GSHPS for a site in Shenyang City were numerically simulated. The basis of the flow transfixion was obtained; it was discussed for the influence of the flow transfixion on the heat transfixion. To a certain extent, the study offers some reference for the projects' design of GSHP in the studied area.