f'#Cz$Æ 6 ¦ r W - Learn CMGlearncmg.cn/wp-content/uploads/2019/10/CMG2019Xian-11.pdf · 2019-10-25 · f'#.J0¬ p º+^ Ä f'# W Title: Microsoft PowerPoint - 11. å °ç èµ æº

地热资源开发数值模拟

CMG·中国—2019年油气开发数值模拟技术研讨会

吴晓云

中国西安

地热资源的定义

• 原生性—是地壳内可供开发利用的地热能、地热流体及其有用组分，

是一种清洁能源。

• 用途广—发电、供暖、农业、养殖、医疗、旅游等

• 资源大—与煤炭、石油和天然气等传统的化石能源相比，量巨大、可

再生、低碳，清洁、环保、就地取用等优势

• 稳定性强—与太阳能、风能等可再生能源相比，不受季节天气的影响

‘清洁’能源，备受全球瞩目

ESMAP, 2012

• 世界地热资源分布：

• 环太平洋地热带

• 地中海、喜马拉雅地热带

• 大西洋中脊地热带

• 红海、亚丁湾、东非大裂谷地热带

• 其他地热区

地热资源——可再生能源领域的未来“黑马”

中国地热资源分布

我国已经基本形成以西藏羊八井为代表的地热发电、以天津和西安为代表

的地热供暖、以东南沿海为代表的疗养与旅游和以华北平原为代表的种植

和养殖的开发利用格局。

地热储层分类

地热资源

水热型

蒸汽型

热水型

地压型

干热岩

岩浆型

地热储层分类

• 水热型（蒸汽型和热水型）：地下储有大量热能的蓄水层，目前开发

利用的主要地热资源

地热储层分类

• 地压型：以高压水的形式储存于地表以下2000～3000米深的沉积盆

地中、并被不透水页岩所封闭，其除热能之外往往还贮存有甲烷之类

的化学能及高压所致的机械能，能量潜力巨大但尚未可知

地热储层分类

• 干热岩：地下普遍存在的没有水或蒸汽的热

岩石，其温度介于150℃～650℃之间

• 岩浆型：蕴藏在熔融状和半熔状岩浆中的巨

大热能，埋藏部位最深，温度高达600℃～

1500℃。

中国地热开发目标

地热开发数值模拟考虑机理

地热物理现象

热力学因素

– 热焓

热传递

– 传导：

– 对流：

流体流动

– 基质系统

– 天然裂缝系统

– 水力压裂系统

地热建模考虑机理

热流动（热传导和热对流）

相态变化（蒸发和冷凝）

热损失（储层边界和井筒）

人工裂缝（平面裂缝/SRV）

单孔/双孔/双渗

敏感性分析、参数优化（产量大小、裂缝参数等）

热损失——井筒

计算蒸汽流动过程中压力、温度、干度变化和热损失与压降

SAM：

仅用于管流计算Flexwell：

人工裂缝——平面裂缝和SRV

• 可导入GOHFER、StimPlan、FracProPT、FracPredictor & FieldPro等第三方压裂软件结果

• STARS 自2015版起添加水力压裂向导

人工裂缝——平面裂缝和SRV

复杂缝网

平面裂缝

单孔/双孔/双渗

双孔模型双渗模型

MINC 模型 Subdomain子域模型

敏感性分析、参数优化——产量大小、裂缝参数等

• 热组分模拟

• 热传递

• 先进的井筒热损压降计算

• 矿物反应

• 水力压裂和SRV模拟

• 敏感性分析（裂缝参数）

• 优化方案（注采产量大小）

• 不确定性评估，识别地质上可能存在

的风险

• 鲁棒优化，选择最“稳健”的运营策

略

敏感性分析、参数优化——产量大小、裂缝参数等

Hofmann et al., 2014敏感性分析结果(阿尔伯塔HDR项目)

印尼地热案例

案例介绍

• 与印尼一家运营商合作，使用STARS模拟地热项目

• 该公司工程师使用了多种地热软件：

• CHEARS

• TOUGH2+ Tecplot

• STARS地热模拟与传统软件结果匹配，且性能更好

• 客户之后使用STARS进行全区地热模拟

Benchmarking概况

软件测试的三个阶段:

• 单孔模型（斯坦福大学）

• 双重孔隙度模型（客户）

• 矿场模型（客户）

印尼地热案例：一维单孔模型

• 一维径向稳态模型

• 单相流体中非稳态热传输

• 目的是测试单相区域的热传导

和对流。



Rantau Dedap案例

Rantau Dedap：机理模型

Rantau Dedap 模型参数：

• 模型范围：沿东北-西南方向12公里，沿西

北-东南方向14公里

• 深度：3200 m

• 网格尺寸: 250m x 250m x 50m

• 网格数: 154261

• 单孔模型，带有高渗透断层

• 上边界：大气条件

• 下边界：23kg/s @ 1300 kJ/kg热流量

Rantau Dedap：创建3D模型

Model-1: Single Heat Source – Free Convective

Model-2: Multiple Heat Source – Free Convective

Model-3: Multiple Heat Source – Force Convective

模拟结果：温度升高

- 3,200 m-asl

- 100 m-asl

Model-3: Multiple Heat Source – Force ConvectiveModel-1: Single Heat Source – Free Convective Model-2: Multiple Heat Source – Free Convective

模拟结果

Model-1: Single Heat Source – Free Convective

Model-2: Multiple Heat Source – Free Convective

Model-3: Multiple Heat Source – Force Convective

模拟结果

热损失计算

在流出和中间上升流的位置，计

算的热损失远远低于测量的热损

失

热损失计算

计算温度剖面小于实测温度

温度剖面显示了机理模型中温度场的连续性

模拟结果与实测温度对比

确认Rantau Dedap概念模型

测得的地面热损失太小，无法重建地下温度

模拟结果表明，该地热系统是一个相当复杂的分布

式热源系统

小结

总结

• STARS可模拟地热项目所需的所有物理特征

• 复杂的传热计算

• 先进井筒模型，用于模拟井筒的热损失

• 平面裂缝和SRV模拟

• 矿物沉淀/溶解反应化学

• CMOST轻松进行敏感性分析和优化

• STARS已被多个地热研究机构用于地热模拟

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