渗透率各向异性对地热电池高效储能发电系统的影响

来源：石油科学通报杂志2024年第3期北京时间：

作者：甘泉；刘艳婷；马跃强；汪涛；胡大伟；郅胜

单位：重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室,重庆 400044;重庆大学资源与安全学院,重庆 400044%中国科学院武汉岩土力学研究所,武汉 430071%中国华融国际控股有限公司,香港 999077

摘要：在当前能源转型的大背景下,清洁能源利用的创新技术市场日益扩大.地热电池储能发电技术有望解决太阳能、风能等可再生能源间歇性问题,受到清洁能源领域的关注.地热电池储能系统利用沉积地层中形成的低渗透率、低孔隙度的盖层和基层以及高渗透率、高孔隙度的中间储层实现热水的储存.这些热水创造了一个高温地热储层,已有研究表明这些储热可以高效回收,甚至可能实现长期甚至季节性的存储.在沉积结构中,其物理特征等方面存在十分明显各向异性,其中渗透率各向异性在流体的流动过程中发挥着重要作用.因此,研究渗透率各向异性对储能产能的影响至关重要.本研究利用TOUGHREACT-FLAC3D耦合软件建立了地热储能温度场—渗流场—应力场(THM)多场耦合模型,模拟了 4 种渗透率各向异性的情况,并分析了 4 种条件下热水注入和生产中热水流动路径、温度和压力的分布以及发电效率.结果表明:(1)渗透率各向异性对注采过程中压力的演变有强烈的影响,压力锋面在渗透率大的方向快速移动,而且各向异性越小,储层等效渗透率越大,注入热水需要的压力越小.(2)热水流动优先在渗透率大的方向流动,温度和压力的传播与热水流动方向一致,但是温度分布主要由流体流动的方向决定,在流动过程中热水用于加热初始环境中较冷的岩石和水造成热量损失,所以渗透率各向异性对储层温度的分布情况影响较小.(3)储层的岩石在高温热水的作用下发生膨胀,其孔隙压力恢复值随温度的升高逐渐高于储层初始的孔隙压力(12 MPa).(4)在进行的 30个注采循环结束后渗透率各向异性为 1000 时产生的电量最高可以达到 5.2 MW.因此,在地热电池储能系统进行选取时,选择水平方向与垂直方向渗透率各向异性大的储层产能效率更高.

关键词：地热电池,渗透率各向异性,地热储能,可再生能源,数值模拟