基于热——流—固耦合的多分支径向井地热开发模型及其取热效果分析

作者：王天宇; 周小夏; 李根生; 王元; 田守嶒

来源：天然气工业, 2023, 43(03): 133-144.

• 干热岩
• 热—流—固耦合
• 多分支径向井
• 布井参数
• 天然裂缝
• 热应力
• 取热功率
• 参数分析

多分支径向井地热开发取热系统是开采地热资源的一种新方法，具有单井注采一体、换热面积大、沟通能力强等优势，其中布井参数和储层条件是影响其取热效果的关键因素。为此，建立了基于热—流—固多物理场耦合的单主井筒多分支径向井传热模型并验证了模型的准确性，对比了直井与多分支径向井的取热效果，研究了布井参数、天然裂缝缝长等因素对系统取热效果的影响。研究结果表明：(1)在取热过程中岩石发生收缩变形，裂缝渗透率显著提高，但促进了冷锋入侵现象，进而加剧了热突破，缩短了系统的取热寿命；(2)增加分支井数量，可增大水平方向的取热区域，沟通更多天然裂缝，保持较高的取热温度和取热功率，其中6分支井为最优井数，最优取热总量为7.37×1015 J；(3)分支径向井越长，储层降温越慢，平均每增加1 m，生产温度升高0.16℃；(4)增大井间距，能延缓热突破，提高系统取热效率，延长高温取热时间，最优井间距为350 m，年取热功率为8.28 MW；(5)系统取热功率随着天然裂缝缝长的增加而降低。结论认为：(1)相较于直井，多分支径向井能沟通更大体积的高温储层，能获得较高的取热功率和取热总量，在30年取热时间里，热储采出程度增加了8.72%，有利于提高地热系统的经济效益；(2)岩石形变对取热系统有着重要影响，在进行取热效果模拟及经济性评价时必须予以充分考虑。

• 单位
  中国石油大学（北京）; 油气资源与探测国家重点实验室