增强地热系统热储层-盐水-CO_2相互作用

增强型地热系统(EGS)是采用人工形成地热储层的方法,从低渗透性岩体中经济地采出深层热能的人工地热系统。以CO2为载热流体的增强地热能系统(CO2-EGS)是实现CO2减排和深部地热资源开发的有效手段,系统运行时的水-岩-气相互作用对热储层孔渗特征有着重要影响,最终会影响储层的产热能力。笔者利用高温高压反应釜模拟CO2-EGS高温下的热储层-盐水-CO2的相互作用,通过对实验中反应液离子成分变化和岩样扫描电镜进行分析,结果表明:实验后的钾长石和方解石出现溶解现象,且方解石溶蚀剧烈;岩样表面出现极少量次生方解石和钠长石,并有新矿物析出,其主要组成元素为C、O、Si、Fe,为菱铁矿的中间产物。通过TOUGHREACT建立反应性溶质运移模型,模拟上述实验的化学反应过程,模拟结果和实验数据拟合较好。该研究可为CO2-EGS的水-岩-气作用机制提供地球化学数据。

注CO_2条件下花岗岩破裂特征的试验研究

CO_2增强型采热系统(CO_2-EGS)工程中CO_2作用下岩石的水压破裂行为是目前亟需解决的一个关键科学问题。从福建漳州采取花岗岩露头,利用自主研制的厚壁圆筒式致裂仪进行了不同流体(CO_2、水)的水压致裂试验,研究了CO_2、水入渗致裂后花岗岩的破裂特征及破裂机制。研究表明:随着致裂液黏度的减小,试样破裂过程会形成更多且更曲折的微裂纹分支,这意味着,采用CO_2压裂可能更有利于形成缝网,从而有助于提高增强型采热(EGS)工程中换热效率;试样的破裂压力随着致裂液黏度的减小而降低,而较低的破裂压有助于注入井的安全运行;试验结果可用从对流换热角度分析的流体岩石相互作用机制解释,进而验证了其准确性。

福建省增强地热系统CO_2封存容量的估算

增强地热系统CO2是以CO2为工作介质的地热开采,既能改变能源结构,又能进行CO2地质封存减少温室气体排放,这使得增强地热系统显现出巨大的使用价值。福建省拥有丰富的地热资源,具有良好的干热岩赋存背景。在前人研究数据的基础上,获得福建省地区不同深度的可采地热田面积、干热花岗岩孔隙率和CO2溶解度值,利用体积法估算福建省3-7 km深处花岗岩的增强地热系统CO2的封存容量。结果显示,福建省3-7 km深处花岗岩CO2-EGS潜在封存总量上限为583 145.424 Mt,下限为102 050.449 Mt,上限约占全国CO2-EGS理论封存容量的7.42%,下限约占1.30%（全国CO2-EGS理论封存容量为7 862 Gt）,其中增强地热系统CO2（CO2-EGS）封存量随着深度的增加而逐渐增加,在7 km处达到最大,为场地评价和政策制定等提供参考。

基于离散裂缝模型的CO2增强型地热系统THM耦合数值模拟

增强型地热系统(EGS)是实现干热岩地热能资源开发利用的关键技术。以二氧化碳为载热工质的新型增强型地热系统(CO2-EGS)具有节能、高效及温室气体减排的多重优势。应用分形几何理论构建考虑裂缝长度、密度和连通性不同参数组合的离散裂缝模型,基于局部非等温热平衡理论建立CO2在裂缝系统内渗流-传热-应力多物理场耦合数学模型,并进行有限元数值求解。结果表明热储裂缝特征参数、空间拓扑结构和注采压力是影响CO2-EGS运行寿命及采热效率的关键因素;高穿透系数裂隙系统匹配高注采压差可获得较高采热效率,而低穿透系数裂隙系统采热效率随注采压差升高而降低;裂隙静态特征参数与注采井压差的合理匹配是实现CO2-EGS采热效率最大化的关键因素。