隨著世界能源格局的變化,人類不斷開發(fā)出更優(yōu)質(zhì)、對環(huán)境影響更小的新能源,其中干熱巖的開發(fā)備受關(guān)注。干熱巖開發(fā)的具體工程技術(shù)稱為增強型地?zé)嵯到y(tǒng)(Enhanced Geothermal Systems,簡稱EGS),具體指通過利用類似于水力激發(fā)致裂這種人工方法,在致密的深層巖石中建造一個可以使流體從中間通過從而提取巖石內(nèi)熱量的熱儲層,之后將用來采熱的冷流體輸送到該系統(tǒng)中去,以此開采出地下3~10km范圍內(nèi)巖石中蘊藏的巨大熱量。從資源品質(zhì)來講,干熱巖資源用于發(fā)電或者地區(qū)性的供暖,能解決國家能源的根本需求;從環(huán)境保護(hù)來講,增強型地?zé)嵯到y(tǒng)用CO_2作為攜熱介質(zhì),可以將CO_2進(jìn)行地質(zhì)埋存,更好地解決環(huán)境問題。本文選擇CO_2以作為整個過程的換熱工質(zhì),運用數(shù)值模擬的方法對增強型地?zé)嵯到y(tǒng)地下?lián)Q熱部分進(jìn)行計算分析。首先是系統(tǒng)涉及到的基本特性:對于換熱工質(zhì)CO_2,所具有的熱力學(xué)性質(zhì);與常規(guī)的以水作為換熱工質(zhì)相比較,用CO_2作為換熱工質(zhì)的優(yōu)勢;作為增強型地?zé)嵯到y(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)——干熱巖的儲層激發(fā),其包括的關(guān)鍵步驟、原理,以及利用CO_2來進(jìn)行壓裂的特點等。之后,以松遼盆地的地質(zhì)概況為參數(shù)設(shè)置的范例進(jìn)行模型的設(shè)計,并選擇以一注一產(chǎn)的雙井采熱模型進(jìn)行模擬計算,主要研究了何種情況下應(yīng)該考慮注入井和產(chǎn)出井井筒與周圍巖石的換熱、換熱流體CO_2的不同循環(huán)流速對人工熱儲層的穩(wěn)定運行周期以及熱提取速率的影響、采用不同的換熱工質(zhì)水與CO_2哪個更具有熱開采經(jīng)濟(jì)性。結(jié)果表明,當(dāng)注入井或者產(chǎn)出井井筒內(nèi)CO_2流體以較小的循環(huán)流速流動時,井筒與其周圍巖層之間的換熱不可忽略,但當(dāng)井筒內(nèi)CO_2流體以較大的循環(huán)流速流動時,則可以不考慮井筒與產(chǎn)出井周圍巖層的換熱;而且,隨著儲層內(nèi)CO_2流體的循環(huán)流速的增加,在系統(tǒng)平穩(wěn)運行期間CO_2從整個儲層提取的熱量也隨之增多,但是,大的循環(huán)流速會使系統(tǒng)的平穩(wěn)運行周期縮短,從系統(tǒng)的整個經(jīng)濟(jì)性來考慮,較大的循環(huán)流速對地?zé)岬拈_采利用是不利的;與水的比較分析顯示,當(dāng)系統(tǒng)的平穩(wěn)運行周期大致一樣時,CO_2的循環(huán)流速是水的2倍,但是此時經(jīng)過儲層的過程中,水的壓降損失大約是CO_2的2倍,而水從儲層吸收的凈熱量僅僅比CO_2吸收的凈熱量提高了不到十分之一。
【學(xué)位單位】：中原工學(xué)院
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TK52
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1 緒論
    1.1 研究背景和意義
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 研究意義
    1.2 二氧化碳增強型地?zé)嵯到y(tǒng)簡介
        1.2.1 增強型地?zé)嵯到y(tǒng)
        1.2.2 二氧化碳增強型地?zé)嵯到y(tǒng)的應(yīng)用前景
    1.3 研究現(xiàn)狀
        1.3.1 增強型地?zé)嵯到y(tǒng)發(fā)電試驗的研究現(xiàn)狀
        1.3.2 二氧化碳增強型地?zé)嵯到y(tǒng)的研究現(xiàn)狀
        1.3.3 關(guān)鍵技術(shù)儲層激發(fā)的研究現(xiàn)狀
    1.4 增強型地?zé)嵯到y(tǒng)在我國應(yīng)用的可行性
    1.5 研究內(nèi)容和方法
2 二氧化碳增強型地?zé)嵯到y(tǒng)的理論特性分析
    2.1 超臨界二氧化碳的物理特性
    2.2 二氧化碳作為攜熱介質(zhì)的優(yōu)勢
    2.3 二氧化碳增強型地?zé)嵯到y(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)
        2.3.1 儲層的開發(fā)
        2.3.2 儲層激發(fā)的原理
        2.3.3 利用超臨界二氧化碳壓裂的特點
    2.4 本章小節(jié)
3 二氧化碳增強型地?zé)嵯到y(tǒng)的數(shù)學(xué)建模
    3.1 物理模型概述
    3.2 數(shù)學(xué)模型的建立
        3.2.1 CFD概述
        3.2.2 基本控制方程
    3.3 邊界條件及網(wǎng)格劃分
        3.3.1 邊界條件的確定
        3.3.2 網(wǎng)格劃分
    3.4 本章小結(jié)
4 模擬結(jié)果分析
    4.1 數(shù)學(xué)模型初始化
        4.1.1 物理模型結(jié)構(gòu)參數(shù)
        4.1.2 邊界條件參數(shù)
        4.1.3 網(wǎng)格化
    4.2 模擬結(jié)果分析
        4.2.1 注入井井筒與周圍巖層換熱的特性分析
        4.2.2 產(chǎn)出井井筒與周圍巖層換熱的特性分析
        4.2.3 二氧化碳的循環(huán)流速對系統(tǒng)特性影響的分析
        4.2.4 二氧化碳增強型地?zé)嵯到y(tǒng)特性分析
        4.2.5 換熱工質(zhì)種類的影響
    4.3 本章小結(jié)
5 結(jié)論和展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
附錄：攻讀碩士學(xué)位期間的研究成果
致謝

【共引文獻(xiàn)】

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