岩体原生裂隙几何特征对增强型地热系统（EGS）有效换热的影响机制研究

The heat extraction in Enhanced Geothermal Systems (EGS) relies on the fracture seepage heat exchange efficiency which is subject to the preexisting fractures. However, some geometrical parameters of the preexisting fracture such as fracture roughness and effective heat exchange area are difficult to be defined under the circumstances of high temperature and pressure, hindering the understanding on the regularities of the seepage heat exchange of EGS. Based on the datas from drilling hole and investigation in southeast China and Songliao Basin, this study , by virtue of field sampling & data collection as well as indoor experiment & simulation, build up a regression equation between the fracture roughness and effective heat exchange area under high temperature and pressure. Meanwhile, the study Establish a three-dimensional fracture network model based on fracture distribution parameters to analysis the relationship between fracture seepage connectivity and effective heat exchange which reveal the impact mechanism of geometrical parameters on the effective heat extraction of EGS. This research could provide the basic theoretical evidence for the EGS demonstration site selection and reservoir stimulation in China.

增强型地热系统（EGS）中的裂隙水渗流换热问题决定着整个系统的热提取效果。原生裂隙几何特征控制着热储的有效换热面积，而从原生裂隙角度来研究EGS有效换热存在着参数表征困难、分析手段局限等方面的不足，限制了对EGS渗流换热本质规律的研究和理解。本研究依托东南沿海与松辽盆地深部科学钻探相关资料，通过野外调查、采样分析、室内试验、数值模拟等技术手段，从裂隙本身出发构建高温高压下粗糙度与有效换热面积间的回归方程，建立基于裂隙分布参数的三维裂隙网络模型，通过渗流连通性与换热分析揭示裂隙空间几何参数对EGS有效能量提取的影响机制。该研究内容为我国EGS示范工程选址及储层激发提供基础理论依据。

干热岩作为清洁的可再生能源是地热能中最具潜力的部分，是地热能的未来。通过压裂使储层天然裂隙面错动和延伸从而形成有效的换热面积是目前国际公认的EGS 储层建造方法。.本研究通过岩心样品物性实测和测井曲线拟合等手段，建立了沉积盆地热储孔渗表征图版。建立了测井参数与导热系数之间的相关关系, 可以连续表征钻孔垂向导热系数的空间变化规律。本研究获取了松科2井三开3289 m至4536 m岩心实测导热系数和测井参数, 分析了砂岩、泥岩、流纹岩导热系数与测井参数之间的关系，结果显示砂岩的测井参数孔隙度、波速与导热系数之间具有明显的相关性，泥岩和流纹岩的相关性并不高。在此基础上本研究分析了松辽盆地温度、压力对导热系数的影响，认为温度效应造成松辽盆地三开导热系数与室内实测值偏小约30%；压力效应使盆地三开段导热系数相对室内测试值偏大约10%。.本研究通过巴西劈裂方式使致密的花岗岩岩芯形成单条裂隙，通过3D扫描方法获取裂隙表面起伏形态，构建了裂隙粗糙度的三维空间描述方法。依托干热岩热能置换系统完成了高温高压条件下的76组单裂隙渗流换热室内模拟试验，获得裂隙不同围压、不同张开度条件下的换热性能，对比分析恒压、恒流两种条件下的试验，结合流-固对流换热系数解析解计算出了对流换热系数，并分析了影响岩石对流换热系数的内在因素，为提高岩体换热性能提供了基本参数。 .试验结果对于实际的增强型地热系统的高效开发具有重要的指导意义。实地的地热对井开采中，储层压裂后裂隙换热面积是影响压裂成败的关键，本研究重点围绕物性特征以及花岗岩裂隙面的换热，今后在围绕碳酸盐岩的研究还有待深入。