深地热开采热能提取效率研究及对EGS-E的启示

深地热资源因其储量大、清洁、可持续等优点在近年受到广泛关注.不同的深地热开发系统具有不同的热储改造方式,而这些热储改造方式决定了其与流体工质的换热效率及采热量.通过COMSOL Multiphysics多场耦合软件系统对比了高渗透率、贯穿裂隙(管道)、随机裂隙和随机裂隙+贯穿裂隙热储模型的热能提取效率,研究了水力作用、热力作用和热储裂缝间距对裂隙开度的影响.研究结果表明高渗透热储的热能提取效率最高,其次是随机裂隙热储,随后是随机裂隙+贯通裂隙热储,最小的是贯通裂隙(管道)热储.热储裂隙开度演化受基岩冷却收缩和裂隙流体压力的竞争影响.增加基岩的冷却收缩和裂隙流体压力均能提升总裂隙开度;但是当基岩冷却收缩起主导作用时(热力作用),系统的注入能力提升;而当裂隙流体压力起主导作用时(水力作用),系统的注入能力降低.减小裂隙间距可以显著增加裂隙的热力作用开度和总开度.当裂隙间距减小到50 m时,热力作用开度增加为水力作用开度的4.8倍.因此对EGS-E(基于开挖的增强型地热系统)的主要启示为:(1)通过优化爆破或水力压裂等工艺参数,使崩落的干热岩尽量破碎,形成高渗透率热储,可大幅增加热交换面积,提高热能提取效率和采热量;(2)在EGS-E热储分层致裂中,应尽量减小层间距,进而增加热储的整体裂隙开度,达到提高换热效率的目的.