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高温岩体地热是我国以至人类尚未大规模利用而又极具广阔开发远景的新的洁净能源,对其进行开发利用的理论与技术都属于新型领域的新型课题,已经吸引了大批的国内外科技工作者的投入,并取得了一定的成果。 在前人研究的基础上,本文做了如下工作,获得了如下主要成果: 1、建立了高温岩体地热开发的块裂介质固、流、热多场耦合数学模型,模型控制方程包括完全耦合的变形方程、渗流方程、热传导与对流方程,描述了热储层的非线性特性。 2、提出了高温岩体地热开发的固、流、热多场耦合数学模型的数值解法,其基本的求解策略是: 将固体变形,流体渗流与温度场方程看成独立的子系统,耦合迭代求解;利用有限元离散(Galerkin)方法将控制方程在几何域上离散,并用差分法得到时间域上的离散方程,并在此基础上,编制了相应的计算机源程序;有限元求解中,为减小边界效应的影响,在计算中采取粗细网格结合的方法,顺利地实现了高温岩体地热开发三维巨系统的数值仿真。 3、认真地对腾冲高温岩体地热开发进行了数值模拟计算和分析,得出了地热开发过程中岩体应力、温度以及裂缝宽度随地热提取的变化规律等重要结论: (1)在高温岩体地热开发系统中,能量的运移、输送与水的流动主要通过裂缝面发生,注入的低温水在流到生产井的过程中,发生传导、对流、吸收围岩热量,达到升温的目的。 (2)在地热开采过程中,温度整体呈下降趋势,在生产井附近区域,温度早对数规律变化,y=-29.559Ln(x)+385.13,而在注水井附近 太原理工人学硕士研究生毕业论文I三域,呈线性规律变化,y=一20.339x+573.13。(3)在高温岩体地热)l:发系统中,随开采时间的延长,注入的低温水的温度升高的速率逐渐减小。(4)如果把注入井与生产井之间的距离分为三段,分别记为I(0一2001。),11(200一SOOm),111(500一700m),温度在I段会急骤升高,到n段升高的速率会变得平缓,在111段温度变化很小,儿乎趋于稳定。(5)高温岩体地热开发的水循环系统在一年后变的稳定,即从注入井到生产井有固定的压力梯度维持系统的运行,而且在注入井附近区域的压力梯度较’大,达到43.OMPa/km,中间区域的压力梯度仅为10.7MPa/km。(6)高温岩体地热开发中,裂缝面法向应力受温度变化的显著影响,在系统开始运行的一个月内,注入井附近区域其温度降低较快,形成低应力区;随开采时间的延长,其温度变化逐渐平缓,而生产井附近区域温度降低加快,逐渐形成新的低应力区。(7)在高温岩体地热开发中,其裂缝宽度是随地热提取而逐渐加宽的,在开始运行的一年内,宽度增长迅速,其增长率达到100%以上,然后变得平缓,到3年后,变化很小,几乎趋于稳定。(8)在高温岩体地热开发中,其热能的提取是随开采时间的延长而逐年降低的,且服从指数规律变化,y二1114.6‘01”2x。可以为设计电站的装机容量提供理论依据。 卜述结论可以对地热开发设计、以及开发过程中各个可能出现的问题做出正确的判断,为经济、合理、高效布置地热开发系统、制订最经济的开发模式奠定了理论基础,对高温岩体地热开发决策、技术方案选择提供了理论基础及其方法,具有重要参考价值。