一种含裂缝网络的干热岩采热性能模拟方法、设备和介质技术

本发明专利技术公开了一种含裂缝网络的干热岩采热性能模拟方法、设备和介质，包括建立干热岩基质系统与裂缝网络系统耦合模型；根据S1建立干热岩基质系统的流动控制方程和裂缝网络系统的流动控制方程；根据S1建立干热岩基质系统的热交换控制方程和裂缝网络系统的热交换控制方程；数值离散与耦合求解S2和S3建立的流动控制方程和热传导控制方程。通过建立嵌入式离散裂缝模型，将干热岩基质系统与裂缝网络系统耦合，建立系统间流体流动和热交换的动态模型，克服现有干热岩采热规律模拟方法受随机天然裂缝分布的制约和计算效率低的不足，以建立更为先进的全系统流动和热交换模型，基于非连续

【技术实现步骤摘要】
一种含裂缝网络的干热岩采热性能模拟方法、设备和介质


[0001]本专利技术涉及干热岩开采
，具体涉及一种含裂缝网络的干热岩采热性能模拟方法、设备和介质。

技术介绍

[0002]干热岩一般指埋藏于地下3～10km，内部不存在流体(或仅少量流体)、温度高于150℃且具有开发价值的热岩体，是一种储量巨大的清洁能源，干热岩是地热能源成功利用的核心。干热岩岩体通常发育大量天然裂缝，通过水力压力增强手段沟通天然裂缝形成裂缝网络或激活天然裂缝提高其导流能力，使冷注井、热采井处于同一导流裂缝网络系统，提高“冷注、热采”的流动和换热效率。干热岩储层中采热规律研究对于开发方案制定、运行优化和效率评价具有重要意义，数值模拟是重要的研究手段。
[0003]压裂后的干热岩体是由基质孔隙和裂缝系统组成的多尺度不连续介质，具有高度的复杂性和非均匀性，增加了储层渗透率的各向异性，决定了注采过程中复杂的流动和热交换行为。现有干热岩采热规律数值模拟方法受随机天然裂缝分布的制约和计算效率低的不足，模型工程应用尺度有限。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是现有干热岩采热规律数值模拟方法受随机天然裂缝分布的制约和计算效率低的不足，模型工程应用尺度有限，目的在于提供一种含裂缝网络的干热岩采热性能模拟方法、设备和介质，通过建立嵌入式离散裂缝模型，耦合干热岩基质系统与裂缝网络系统的流动和热交换，以建立更为先进的全系统流动和热交换模型；基于非连续
‑
全隐式的数值求解方法，提高模型计算效率和工程应用尺度。
[0005]本专利技术通过下述技术方案实现：
[0006]本专利技术一方面提供一种含裂缝网络的干热岩采热性能模拟方法，包括：
[0007]S1、建立干热岩基质系统与裂缝网络系统耦合模型；
[0008]S2、根据S1建立干热岩基质系统的流动控制方程和裂缝网络系统的流动控制方程；
[0009]S3、根据S1建立干热岩基质系统的热交换控制方程和裂缝网络系统的热交换控制方程；
[0010]S4、数值离散与耦合求解S2和S3建立的流动控制方程和热传导控制方程。
[0011]本专利技术通过建立干热岩基质系统与裂缝网络系统耦合模型、裂缝网络系统和基质系统的流动控制方程、裂缝网络系统和基质系统的热交换控制方程，通过数值离散与耦合求解流动控制方程和热传导控制方程，克服现有干热岩采热规律模拟方法受随机天然裂缝分布的制约和计算效率低的不足，天然裂缝的存在使得干热岩储层中流体流动具有高度的复杂性和非均匀性，将干热岩基质系统与裂缝网络系统耦合，通过两个系统之间的相互作用，建立系统间流体流动和热交换的动态模型，以建立更为先进的全系统流动和热交换模
型，基于非连续
‑ꢀ
全隐式的数值求解方法，提高模型计算效率和工程应用尺度。
[0012]作为本专利技术的进一步限定，所述S1具体包括：
[0013]对裂缝网络系统进行一维离散，对基质系统进行二维离散；
[0014]建立嵌入基质的裂缝单元与对应基质单元之间的流动耦合和热量交换耦合；
[0015]建立相互交叉的裂缝单元之间的流动耦合和热量交换耦合。
[0016]通过对建立的干热岩裂缝网络系统与基质系统耦合模型中的裂缝网络系统进行一维离散，基质系统进行二维笛卡尔网格离散，并通过定义基质
‑
裂缝和裂缝
‑
裂缝传导率以实现裂缝在基质中的嵌入，建立嵌入式离散裂缝模型，不仅具有离散裂缝网络模型(DFM)的准确性，同时提高了裂缝嵌入效率。
[0017]作为本专利技术的进一步限定，所述建立嵌入基质的裂缝单元与对应基质单元之间的流动耦合和热量交换耦合具体包括：
[0018]嵌入基质的裂缝单元与对应基质单元之间的流动耦合为：
[0019][0020]其中：
[0021][0022][0023]其中：
[0024][0025]式(1)～式(4)中：A
mf
—嵌入基质单元裂缝段的单侧面积；d
fm
—基质单元到裂缝单元的平均法向距离；V—基质单元的体积；ψ
fm
—嵌入基质的裂缝单元与对应基质单元之间的流量交换；CI—嵌入基质的裂缝单元与对应基质单元之间的连接指数；—嵌入基质的裂缝单元与对应基质单元之间的平均流度；p
f
—裂缝单元的压力；p
m
—基质单元的压力；μ
f
—流体粘度；k
m
—基质单元渗透率；k
f
—裂缝单元渗透率；
[0026]嵌入基质的裂缝单元与对应基质单元之间的热量交换耦合为：
[0027]χ
fm
＝H(v
fm
)v
fm
h
f
+H(
‑
v
fm
)v
fm
h
m
+CIζ
fm
(T
f
‑
T
m
)
ꢀꢀ
(5)
[0028]其中：
[0029]h
m
＝ρ
l
c
l
T
m
ꢀꢀ
(6)
[0030][0031]式(5)～式(7)中：χ
fm
—嵌入基质的裂缝单元与对应基质单元之间的热量交换；H(v
fm
)、 H(
‑
v
fm
)—单位阶跃函数；v
fm
—嵌入基质的裂缝单元与对应基质单元之间的达西流速；h
m
—基质单元流体的焓值；ζ
fm
—嵌入基质的裂缝单元与对应基质单元之间的平均导热系数；λ
m
—基质单元的导热系数；λ
f
—裂缝单元的导热系数。
[0032]作为本专利技术的进一步限定，所述建立相互交叉的裂缝单元之间的流动耦合和热量
交换耦合具体包括：
[0033]相互交叉的裂缝单元之间的流动为：
[0034][0035]其中：
[0036][0037]其中：
[0038][0039][0040]其中：
[0041][0042]式(8)～式(12)中：ψ
ff
—相互交叉的裂缝单元之间的流量交换；TI—相互交叉的裂缝单元之间的连接指数；—相互交叉的裂缝单元之间的平均流度；p
fi
—裂缝单元i的压力；p
fj
—裂缝单元j的压力；
[0043]相互交叉的裂缝单元之间的热量交换为：
[0044]χ
ff
＝H(v
ff
)v
ff
h
f
+H(
‑
v
ff
)v
ff
h
f
+TIζ
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种含裂缝网络的干热岩采热性能模拟方法，其特征在于，包括：S1、建立干热岩基质系统与裂缝网络系统耦合模型；S2、根据S1建立干热岩基质系统的流动控制方程和裂缝网络系统的流动控制方程；S3、根据S1建立干热岩基质系统的热交换控制方程和裂缝网络系统的热交换控制方程；S4、数值离散与耦合求解S2和S3建立的流动控制方程和热传导控制方程。2.根据权利要求1所述的含裂缝网络的干热岩采热性能模拟方法，其特征在于，所述S1具体包括：对裂缝网络系统进行一维离散，对基质系统进行二维离散；建立嵌入基质的裂缝单元与对应基质单元之间的流动耦合和热量交换耦合；建立相互交叉的裂缝单元之间的流动耦合和热量交换耦合。3.根据权利要求2所述的含裂缝网络的干热岩采热性能模拟方法，其特征在于，所述建立嵌入基质的裂缝单元与对应基质单元之间的流动耦合和热量交换耦合具体包括：嵌入基质的裂缝单元与对应基质单元之间的流动耦合为：其中：其中：其中：式(1)～式(4)中：A
mf
—嵌入基质单元裂缝段的单侧面积；d
fm
—基质单元到裂缝单元的平均法向距离；V—基质单元的体积；ψ
fm
—嵌入基质的裂缝单元与对应基质单元之间的流量交换；CI—嵌入基质的裂缝单元与对应基质单元之间的连接指数；—嵌入基质的裂缝单元与对应基质单元之间的平均流度；p
f
—裂缝单元的压力；p
m
—基质单元的压力；μ
f
—流体粘度；k
m
—基质单元渗透率；k
f
—裂缝单元渗透率；嵌入基质的裂缝单元与对应基质单元之间的热量交换耦合为：χ
fm
＝H(v
fm
)v
fm
h
f
+H(
‑
v
fm
)v
fm
h
m
+CIζ
fm
(T
f
‑
T
m
) (5)其中：h
m
＝ρ
l
c
l
T
m (6)式(5)～式(7)中：χ
fm
—嵌入基质的裂缝单元与对应基质单元之间的热量交换；H(v
fm
)、H(
‑
v
fm
)—单位阶跃函数；v
fm
—嵌入基质的裂缝单元与对应基质单元之间的达西流速；h
m
—基
质单元流体的焓值；ζ
fm
—嵌入基质的裂缝单元与对应基质单元之间的平均导热系数；λ
m
—基质单元的导热系数；λ
f
—裂缝单元的导热系数。4.根据权利要求2所述的含裂缝网络的干热岩采热性能模拟方法，其特征在于，所述建立相互交叉的裂缝单元之间的流动耦合和热量交换耦合具体包括：相互交叉的裂缝单元之间的流动耦合为：其中：其中：其中：其中：式(8)～式(12)中：ψ
ff
—相互交叉的裂缝单元之间的流量交换；TI—相互交叉的裂缝单元之间的连接指数；—相互交叉的裂缝单元之间的平均流度；p
fi
—裂缝单元i的压力；p
fj
—裂缝单元j的压力；相互交叉的裂缝单元之间的热量交换耦合为：χ
ff
＝H(v
ff
)v
ff
h
f
+H(
‑
v
ff
)v
ff
h
f
+TIζ
ff
(T
fi
‑
T
fj
) (13)其中：h
f
＝ρ
l
c
l
T
f (14)式(13)～式(15)中：χ
ff
—相互交叉的裂缝单元之间的热量交换；H(v
ff
)、H(
‑
v
ff
)—单位阶跃函数；v
ff
—相互交叉的裂缝单元之间的达西流速；h
f
—裂缝单元流体的焓值；ζ
ff
—相互交叉的裂缝单元之间的平均导热系数；λ
fi
、λ
fj
—基质单元的导热系数；T
fi
、T
fj
相互交叉的裂缝单元的温度。5.根据权利要求1所述的含裂缝网络的干热岩采热性能模拟方法，其特征在于，所述S2具体包括：基质系统的流动控制方程为：
裂缝网络系统的流动控制方程为：其中，综合压缩系数为：C
t
＝C
l
+C
r (18)其中，基质单元与裂缝单元之间的流量交换满足物质平衡：∫
A
ψ
mf
dA＝
‑
∫
V
ψ
fm
dV (19)式(16)～(19)中：φ
m<...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄静，张文中，米中荣，李鑫，武新民，汪伟光，孙振龙，徐涛，邓琪，张博宁，王键，
申请(专利权)人：成都北方石油勘探开发技术有限公司，
类型：发明
国别省市：