超临界CO2在裂隙储层中的渗流-传热特性的数值研究

• 作 者: 李帅
• 机 构: 天津大学
• 出 处: 天津大学
• 发表日期: 2019年期
• 关键词: 裂隙储层

目前裂隙储层内的裂隙通道被当作薄膜处理，不考虑裂隙厚度，岩石基质和裂隙通道流体的传热模型采用基于岩石基质和裂隙流体温度瞬时相等的局部热平衡模型或者对流换热系数通常假设为常数，计算精度不高。本文针对该问题，对超临界CO2在裂隙通道的对流换热特性进行了模拟计算，以此为基础，分析了不同参数对干热岩热开采能力的影响。
　　本文采用分形插值的数学方法构造了裂隙曲面通道，研究了超临界CO2在裂隙通道中对流换热特性分布规律，分析了质量流量、进口温度和储层压力对对流换热特性的影响，得到了Nu的变化规律。结果表明，(1)裂隙表面形貌对对流传热系数分布的重要影响。在上、下壁面处的对流传热系数在相应位置显示相反的变化趋势。这是由于上、下壁面的速度梯度的差异使边界层的厚度不同导致的。沿流动方向对流换热系数随裂隙表面起伏发生变化在波峰出存在极大值，波谷处存在极小值。(2)质量流量、储层压力对对流传热系数影响较大。充分发展段Nu的值为6.5。
　　根据蒙特·卡罗方法构建了离散裂隙网格的物理模型，建立了渗流-传热耦合的数学模型，分析了注入温度、压差、地温梯度、岩石基质体积热容、岩石基质的导热系数及裂隙渗透率等参数对干热岩内的渗流特性、热提取性能及补热能力的影响。结果表明，(1)注入温度、进出口压差、地温梯度和裂隙渗透率对渗流特性比较敏感。其中进出口压差和裂隙渗透率对渗流特性影响最大，其次注入温度，最后地温梯度。(2)降低注入温度、压差和裂隙渗透率及提高地温梯度和体积热容提高了单位质量工质的提热量；降低注入温度和裂隙渗透系数，提高压差、地温梯度和体积热容可以提高总热提取量。(3)降低注入温度和体积热容及提高压差、地温梯度、导热系数和裂隙渗透系数可以提高围岩补热率。