超临界CO2在高温裂隙岩体中的热交换研究

• 作者: 杨一奇 何忱 姚池 杨建华 周创兵
• 来源期刊: 地下空间与工程学报
• 学科: 工学
• 关键词: 裂隙岩体 超临界二氧化碳 离散裂隙网络 热交换 热-流耦合
• 年，卷（期）: 2021,（6）
• 所属期刊栏目: 理论与试验研究
• 页码范围: 1713-1722
• 页数: 10页
• 分类号: TU452
• 语种: 中文

摘要

近年来,由于超临界CO2(Supercritical CO2,简称scCO2)额外的地质封存效益,将scCO2替代水,作为深部地热开采的工作流体的设想,正受到越来越多的关注.因此,开展高温裂隙岩体中流体运动和热交换过程的模拟研究,对于理解深部地热开采机理具有重要意义.本文在充分考虑scCO2热物理性质随压力和温度变化的基础上,建立了基于三维裂隙网络显式描述的复杂高温裂隙岩体scCO2热-流耦合模型.通过与热流耦合作用下的二维单裂隙模型的解析解进行对比,验证了数值模型的正确性,然后对scCO2在复杂三维随机裂隙岩体的渗流和热交换过程进行了模拟.研究发现:贯通的裂隙网络通道是scCO2的主要流动路径,在贯通的裂隙簇中会出现明显的优势流,突破现象最早在贯通裂隙簇中产生,scCO2流体对压力非常敏感,选择合适的注入压力能显著增加热交换效率和降低流动难度.模拟结果表明,本模型可以很好地展现裂隙岩体换热过程的非均质特性和结构面控制特性,可作为评价scCO2采热过程的有效工具.