多孔介质多场耦合作用理论及其在资源与能源工程中的应用图文精Word文件下载.docx
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在 一个巨型人工储留层建造完成后,还需要通过实际 地热提取的循环运行,最终确定出可靠的出力与寿 命参数。
上述分析可以清楚看出,高温岩体地热开发系 溶腔始终维持一个较窄的裂缝。
()根据数值分析可见,溶腔是一个沿注水井 2与生产井连线的鸭蛋形球冠,其每一个溶腔剖面是 一统出力与寿命的相关性,可以用函数关系式给出:
t=f(oTd,V,E)aT,d/hot (6 1)条正态分布曲线【 l 。
式中:
为寿命年限;
为人工储留层原始温度;
6高温岩体地热开采的理论与工程 应用 据科学家研究结果可知,全世界地壳1 m以 0k内的高温岩体地热资源量为(.222)1 J42 ̄4.0×
0, 是全世界化石能源的10100~ 0倍,与太阳能、风 0能相比,高温岩体地热能更为集中,更便于开发与 利用。
d/h为地热梯度;
V为人工储留层体积;
E为系 Tdo统出力,即高温岩体地热开发系统服务期限内单位 时间内提取的能量。
通过对腾冲高温岩体地热区的地热提取的数值 试验,获得了图2所示的地热提取量随时问发生的 变化情况。
从图2可以看出,该地热开发系统的地 热提取量随时间呈负指数规律衰减,拟合的函数关 系式为 Y=1146- 1.Oe川 (7 1)中国有极丰富的高温岩体地热资源,西南部受 印度洋板块的挤压作用,东南部受菲律宾板块的挤 压作用,东部受太平洋板块的挤压作用,地质活动 强烈,近代火山事件很多,这些地区有很高的地热 梯度,典型代表如:
羊八井地区、腾冲地区、海南 琼北地区、台湾及东南沿海地区、长白山天池等地 有极高品位的高温岩体地热资源,有很优越的开发 条件。
● ≥ 姻 瘴 翠 从人类长远发展来看,石油、天然气、煤炭等 极为有限的化石能源,应该作为人类发展中的化学 原料,而不应该作为燃料大量消耗,这是国内外科 地热提取与恢复时间,a 学家的共识。
因此,通过研究与开发,使今天化石 能源为主的能源消费结构逐步转变为以水力资源、 地热资源、太阳能及风能等绿色可再生能源为主的 图2地热提取量随时间发生的变化图 Fg2Vait fetatdtema aai Setatnt i. reyo xrce rlpctV.xrci mehcyoi9a内提取的地热资源总量为597 7Mw.,可 a能源消费结构,这是全世界的基本能源战略。
高温岩体地热开采涉及固流热多场耦合作用, 其耦合模型和数值模拟方法与结果见相关研究成 果 。
。
们以在地面建造一个服务年限1 的5x1 W的地 0a00k热电站。
分析表明,人工储留层地热开发系统的恢复是 很快的。
因此,在设计高温岩体地热开发系统时, 高温岩体地热开发系统出力与寿命的评价方 应充分考虑系统热量提取与恢复的交替,在建造一 法,实际上是通过连续模拟冷水沿注入井,注入人 工储留层,经过加热形成过热水后,从生产井排出, 进入发电机组的水热交换过程。
通过研究不同的热 水提取量方案,研究人工储留层及其围岩温度降低 个高温岩体地热电站,至少应由2套地热提取系统 供给热能,2套系统提取与恢复交替进行,从而大 幅度提高高温岩体地热开发系统的出力与延长寿 命。
第27卷第7期 赵阳升,等.多孔介质多场耦合作用理论及其在资源与能源工程中的应用 7油页岩油气资源开采 我国的油页岩资源丰富,目前已探明和预测的 油页岩总储量为481×
0 .71nt3,按含油率6%计算, 油页岩所含的页岩油的地质储量达289 Ⅲt.x0,91 烃类气体达57x0。
若以每3 ̄3 油页岩生 .8 加t135t产1页岩油计算,可生产约1×
0页岩油,接 t.1Ⅲt4近我国到目前为止累计探明的天然石油储量的总 和。
油页岩在我国的广东茂名、辽宁抚顺及吉林、 图4油页岩干馏失重率与温度的关系 Fg4Wegtsns feotdo1hl Stmprtr i. iheses tr isaeV.eeauelore 醉 内蒙、新疆等地有较大的分布,储量很大,其作为 国家的重要战略资源,极具开发前景。
因此,深入 研究油页岩的绿色、环保高效的地下原位开采方 法,以推进我国油页岩中油气开采的产业化,是缓 解我国石油供需矛盾最重要的和最可行的战略策略 之一。
m ∞ 如 鲫;
加 。
p +mt /d2-3 2003. 翅 —*一 2. 4790-—●6210一 3. +一825O4. 1 4. 25806 7 油页岩油气开采与利用目前主要采用地下或露 天采矿后,在地面实施破碎与干馏。
而原位开采技 1 2 3 4 5 距离/ m术主要是电加热与对流加热的技术方案,其理论涉 及矿层受热变形破裂,热解与传质,是非常典型的 一()井间距1.m a25类耦合问题,孙可明等【]了油页岩原位开采 2进行1的非均质热弹塑性损伤模型的研究。
图3,4分别给出了油页岩干馏热破裂特征和干 p 馏失重与温度的关系。
太原理工大学采用单纯热传 导模型模拟研究了荷兰壳牌公司的地下原位电加热 开采油页岩油气的方案,研究结果表明,电加热是 一个极为缓慢的、而且热量损失很大的技术方案(见 0 2 4 6 8 l Ol 2l 4图5,看来难以规模化使用,这就迫切需要研究更 )好的地下原位开采的新技术。
距离/m ()井间距2.m b50图5不同井间距条件下,电加热注热井周围温度随加热 时间的变化 Fg5Tmprueaao Sietgi rudtei.eea rtnV.jci meaon tviirnnthteaietgwlwi ieetelnevlhrlnci e tdfrn lita m jnlhw rs8结论 本文主要得到如下结论:
()建立了多孔介质多场耦合作用的理论框架 1及其一般的数学模型及数值求解策略。
()分别揭示了三维应力作用下水和气体渗流 2的本构规律,揭示了岩体的有效应力规律等固流耦 合作用的本构规律。
图3油页岩干馏热破裂特征 Fg3Thrlrcigfaueo isaei. ema akn tr f1hl ceO ()建立了煤层中瓦斯运移的固流耦合理论。
3 ()建立了盐矿开采的变形一渗流一热一传 4传
・38 12・岩石力学与工程学报 20笠 08质耦合理论。
渗流规律影响的试验研究[.J岩石力学与工程学报,19,1()]9986:
615.H aghn,H aqn,YNGDogta 5—63(AOYnsegZUYoigA n,e .1Epret td ns印aelw frc eae dotnudrxemnasyo eilug ao okrltdtaspi ne oo()建立了高温岩体地热开采的变形一渗流一5 传热耦合理论。
()建立了油页岩原位开采的变形一热一渗 6传流耦合理论。
多孔介质多场耦合作用理论为上述广泛的工程 域问题提供了一种统一有效的解决方法,其发展必 将进一步促进相关领域的新技术与新工艺的发展。
[2赵阳升,11胡耀青.孔隙瓦斯作用下煤体有效应力规律的试验研究 岩土工程学报,95l()219,73:
6—3.H1ZAOYg ̄n,UYoig(nasgHaqn. 参考文献(erne)Rfecs ̄e [ 赵阳升.矿山岩石流体力学[.北京:
煤炭工业出版社,1]M] 19ZtO
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