滲透率對(duì)干熱巖開采過程儲(chǔ)層變化規(guī)律的影響

崔翰博，唐巨鵬，姜昕彤

(遼寧工程技術(shù)大學(xué)力學(xué)與工程學(xué)院，遼寧 阜新 123000)

增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)(Enhanced Geothermal System，EGS)是一種以開采干熱巖為目標(biāo)，采用人工致裂技術(shù)壓裂儲(chǔ)層，利用流體熱交換，提取熱量加以利用的方法[1]。國內(nèi)外針對(duì)干熱巖開展了很多研究工作[2-12]，認(rèn)為干熱巖開采面臨的最主要困難是需要保證熱儲(chǔ)具備合適滲透率[2]。熱儲(chǔ)由基質(zhì)-裂隙系統(tǒng)共同構(gòu)成，不同系統(tǒng)間傳熱規(guī)律存在差異。裂隙滲透率決定了流體間滲流傳熱過程，而基質(zhì)滲透率也是影響基質(zhì)間熱傳導(dǎo)規(guī)律的重要因素之一。因此對(duì)儲(chǔ)層滲透率與EGS熱開采間關(guān)系展開研究具有實(shí)際意義。

國內(nèi)外專家學(xué)者對(duì)EGS開采與滲透率間關(guān)系進(jìn)行了大量卓有成效的工作。其中一些學(xué)者建立了EGS單孔隙率模型，Stefano等[3]發(fā)現(xiàn)采熱過程中巖體拉伸與剪切變形會(huì)對(duì)儲(chǔ)層滲透率產(chǎn)生影響；凌璐璐等[4]指出滲透率增大，儲(chǔ)層降溫幅度增加。還有一些學(xué)者建立了雙孔隙率模型，Ekneligoda等[5]和Cheng等[6]建立了EGS規(guī)則裂隙網(wǎng)絡(luò)模型，優(yōu)化了地?zé)衢_采所涉及的熱采參數(shù)；Desimone等[7]預(yù)設(shè)平板裂隙為儲(chǔ)層內(nèi)唯一通道，分析了采熱過程中巖體溫度變化規(guī)律；Zhang等[8]和Sun等[9]對(duì)熱采過程中應(yīng)力場的變化規(guī)律進(jìn)行了探討；王昌龍[10]指出豎直方向儲(chǔ)層滲透率對(duì)采熱影響小于水平方向。僅有少部分學(xué)者建立了EGS雙重孔隙滲透率裂隙模型，Ziagos J等[11]發(fā)現(xiàn)相對(duì)均質(zhì)的儲(chǔ)層能夠獲得較高采熱效率；Bahrami等[12]指出應(yīng)力場變化會(huì)引起基質(zhì)滲透率發(fā)生改變。

綜合以上研究可以看出，國內(nèi)外專家學(xué)者選取的數(shù)值模型主要有兩種：單孔隙率模型和雙孔隙率模型，單孔隙率模型將儲(chǔ)層簡化為均勻多孔介質(zhì)，假設(shè)水在孔隙中流動(dòng)傳熱，不考慮裂隙對(duì)采熱過程的影響。目前采用的雙孔隙率模型，通常將裂隙簡化為理想化平板孔道，忽略了孔隙介質(zhì)的作用。實(shí)際上，熱儲(chǔ)是由基質(zhì)系統(tǒng)-裂隙系統(tǒng)共同構(gòu)成，基質(zhì)與裂隙中熱量傳導(dǎo)方式存在很大區(qū)別，裂隙中以對(duì)流傳熱為主，基質(zhì)中以熱傳導(dǎo)為主，傳熱機(jī)理不同。僅考慮基質(zhì)滲透率或裂隙滲透率均與實(shí)際工程存在較大差異。此外，前人的研究方向多集中于如何提高儲(chǔ)層產(chǎn)熱效率，忽略了采熱過程中應(yīng)力場、應(yīng)變場、位移場變化對(duì)熱開采過程的負(fù)面影響。本文以青海共和盆地地?zé)崽颎R1井為研究目標(biāo)，基于熱流固耦合理論，建立雙重孔隙介質(zhì)滲透率水流傳熱模型，分析在不同基質(zhì)滲透率和裂隙滲透率影響下，采熱過程中熱儲(chǔ)溫度場、應(yīng)力場、應(yīng)變場、位移場變化規(guī)律，以期為青海共和盆地干熱巖開采提供參考。

1 地質(zhì)背景

青海共和盆地位于秦嶺—昆侖山脈結(jié)合部，周邊均為斷裂帶隆起山地。盆地地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)劇烈，巖漿活動(dòng)頻繁，由侵入和噴發(fā)兩種形式組成，印支-燕山期巖漿巖布滿整個(gè)盆地。巖石種類以中粗黑云母花崗巖、中粗二長花崗巖、中粗花崗閃長巖為主[13]。隨著勘探深度增加，巖體溫度明顯升高，地溫梯度為6.1 ℃/100 m～8.8 ℃/100 m，地下2 000 m處達(dá)到150 ℃，符合干熱巖資源開采標(biāo)準(zhǔn)[14]。此外，青海共和盆地干熱巖儲(chǔ)量豐富，分布區(qū)面積達(dá)到3 092.89 km2，理論資源量折合標(biāo)準(zhǔn)煤6 303.05×108t[15]。2017年，中國國土資源部地質(zhì)調(diào)查局在共和盆地GR1井-3 705 m處，鉆獲236 ℃高溫巖體，達(dá)到了國際上高品質(zhì)干熱巖標(biāo)準(zhǔn)[16]?；诖?，以GR1井部分資料作為青海共和盆地地?zé)崽餆衢_采關(guān)鍵信息[13-16]，具體地層結(jié)構(gòu)[15]見表1。

2 模型建立

2.1 幾何模型

基于EGS采熱過程復(fù)雜性，對(duì)數(shù)值模型進(jìn)行簡化處理。模型主要由注水井、產(chǎn)熱井、儲(chǔ)層(基質(zhì)系統(tǒng)、裂隙系統(tǒng))組成。注水井、產(chǎn)熱井直徑均為0.2 m，分別布置于儲(chǔ)層兩側(cè)。研究發(fā)現(xiàn)井距300 m發(fā)電效率最高，600 m產(chǎn)熱能力最好[5-6]，故間距取500 m。裂隙網(wǎng)絡(luò)參照孫致學(xué)等[17]模型的部分參數(shù)進(jìn)行布置，裂隙共分為兩組，角度取30°、110°，裂隙長度為60 m±20 m，密度為0.001 6 條/m2，隙寬為0.000 6 m。采用Excel軟件構(gòu)建隨機(jī)裂隙，利用制圖軟件繪制裂隙體系。模型具體如圖1。

表1 GR1井地層結(jié)構(gòu)

圖1 熱儲(chǔ)層模型Fig.1 Geothermal reservoir model

參數(shù)制定：選自孫致學(xué)等[17]模型參數(shù)和青海共和盆地地?zé)崽镒钚驴睖y數(shù)據(jù)[13,16]，具體如表2。

表2 儲(chǔ)層模型參數(shù)

地應(yīng)力取自Heim等[18]提出的公式：

(1)

(2)

式中：Sv——垂直地應(yīng)力/MPa；

Sh——水平地應(yīng)力/MPa；

Hi——儲(chǔ)層深度/km；

γi——重度/(N·m-3)；

μn——泊松比。

滲流-應(yīng)力關(guān)系取自LOUIS提出的公式[19]：

k1=k0e-ασn

(3)

式中：k1——裂隙滲透系數(shù)/m2；

k0——σn=0時(shí)滲透系數(shù)/m2；

σn——裂隙面法向應(yīng)力/MPa；

α——耦合參數(shù)(0.2×10-6Pa-1)。

基于如下假設(shè)，建立模型：

(1)地應(yīng)力作用下，水始終為液相，且保持單向流動(dòng)；

(2)忽略溫度沿儲(chǔ)層深度的增幅，假定開采前整個(gè)儲(chǔ)層溫度均為236 ℃；

(3)假設(shè)儲(chǔ)層外邊界為不傳熱、不透水邊界；

(4)忽略熱開采過程中水-巖間化學(xué)反應(yīng)；

(5)假設(shè)最大、最小水平主應(yīng)力相等；

(6)忽略采熱過程中熱輻射效應(yīng)的影響，傳熱方式為對(duì)流換熱和熱傳導(dǎo)作用。

2.2 控制方程

本文基于熱流固耦合理論，建立雙重孔隙介質(zhì)滲透率水流傳熱模型，分別描述水流流動(dòng)、熱量傳遞、應(yīng)力變化等過程?？刂品匠蘙20]主要分為：控制儲(chǔ)層地應(yīng)力的應(yīng)力場方程；控制水流滲流作用的方程；控制溫度場(基質(zhì)和裂隙)的方程?？刂品匠滔嚓P(guān)參數(shù)見表3。

應(yīng)力場方程：

σij,j+Fi=0

(4)

σij=Dijklεkl

(5)

εij=(xi,j+xj,i)/2

(6)

滲流場方程：

(7)

溫度場方程(基質(zhì))：

(8)

溫度場方程(裂隙)：

2.3 模型可靠性驗(yàn)證

為了確保模型的可靠性，將其應(yīng)用于陳繼良[21]模型中對(duì)產(chǎn)出溫度變化規(guī)律進(jìn)行驗(yàn)算。模擬過程中涉及的所有參數(shù)均與陳繼良采用的參數(shù)相同。模型可靠性驗(yàn)證結(jié)果如圖2。

圖2 模型可靠性驗(yàn)證Fig.2 Model reliability verification

通過模擬可以看出：本文結(jié)論和陳繼良等[21]所得結(jié)果相差很小。盡管此模型中沒有體現(xiàn)裂隙網(wǎng)絡(luò)，仍然可以在一定程度上驗(yàn)證模型是可靠的。

3 模擬結(jié)果與分析

3.1 模擬方案

為了研究基質(zhì)滲透率和裂隙滲透率對(duì)熱開采影響，根據(jù)國內(nèi)外參考文獻(xiàn)[3-4,11-12,17]設(shè)計(jì)了5個(gè)模擬方案，具體見表4。

3.2 基質(zhì)滲透率對(duì)采熱的影響

基質(zhì)孔隙尺寸較小，但數(shù)量較多，表面積較大，所以基質(zhì)對(duì)滲流、傳熱均會(huì)產(chǎn)生一定影響。

表4 模擬方案

3.2.1基質(zhì)滲透率對(duì)溫度場的影響

(1)基質(zhì)滲透率越高，儲(chǔ)層壽命越短，忽略基質(zhì)滲透率影響，會(huì)高估儲(chǔ)層可開采時(shí)間。

考慮基質(zhì)滲透率下的溫度場變化規(guī)律如圖3(a)a～c組、圖4(a～c)。注入低溫流體后，裂隙與基質(zhì)接觸處溫度下降，低溫區(qū)域向熱儲(chǔ)內(nèi)部擴(kuò)展，在裂隙傾角與地應(yīng)力共同影響下，沿注水井向產(chǎn)熱井形成由低到高溫度梯度，注水井附近形成低溫區(qū)域。MIT關(guān)于干熱巖開采的相關(guān)報(bào)告指出熱儲(chǔ)溫度高于150 ℃為高溫地?zé)豳Y源，熱儲(chǔ)溫度介于100～150 ℃為低溫地?zé)豳Y源，熱儲(chǔ)溫度低于100 ℃失去商業(yè)利用價(jià)值[22]?；|(zhì)滲透率為0，1×10-18，1×10-16m2，采熱10 a，低溫區(qū)域(<100 ℃)所占儲(chǔ)層面積百分比為8.09%、9.65%、10.98%；采熱30 a，分別增至23.81%、25.48%、28.63%；采熱50 a，分別增至38.49%、40.11%、45.06%。采熱10 a，高溫地?zé)?>150 ℃)所占儲(chǔ)層面積百分比為87.47%、85.35%、83.17%；采熱30 a，分別降至67.89%、65.77%、62.38%；采熱50 a，分別降至48.5%、45.83%、39.88%。隨著采熱進(jìn)行，低溫區(qū)域增大，高溫地?zé)崦娣e減少，所得規(guī)律與凌璐璐[4]結(jié)果相近。這是由于基質(zhì)滲透率越大，單位時(shí)間內(nèi)通過水流越多，產(chǎn)熱速率越快，可供開采熱量越少，儲(chǔ)層壽命縮短。因此忽略基質(zhì)滲透率，會(huì)高估儲(chǔ)層可供開采時(shí)間。

(2)忽略基質(zhì)滲透率，僅考慮裂隙滲透率，會(huì)高估產(chǎn)出溫度。

基質(zhì)滲透率為0，1×10-18，1×10-16m2，不同時(shí)刻產(chǎn)出溫度變化規(guī)律如圖5(a)～(c)。采熱初期，儲(chǔ)層熱量充足，產(chǎn)出溫度保持穩(wěn)定。采熱前18，16，15 a，產(chǎn)出溫度保持在236 ℃。隨著采熱進(jìn)行，產(chǎn)出溫度逐漸下降。采熱50 a，產(chǎn)出溫度分別降至196.42，184.01，164.02 ℃。這是由于熱開采過程中儲(chǔ)層熱量大量消耗，而基質(zhì)間熱傳導(dǎo)需要一定時(shí)間，傳出熱量不能及時(shí)得到補(bǔ)充，儲(chǔ)層傳遞給水的熱量低于水帶走的熱量，產(chǎn)熱溫度因此降低，所得結(jié)論與雷宏武[23]結(jié)果相近。基質(zhì)孔隙尺寸雖小，但數(shù)量眾多，傳輸?shù)臒崃吭诓蔁徇^程中占據(jù)一定比例，當(dāng)基質(zhì)滲透率增大時(shí)，產(chǎn)熱速率增快，儲(chǔ)層熱量減少，產(chǎn)出溫度降低。綜上所述，溫度場與產(chǎn)出溫度變化規(guī)律關(guān)系密切，基質(zhì)滲透率對(duì)溫度場和產(chǎn)出溫度的影響不容忽視。

圖5 產(chǎn)出溫度Fig.5 Output temperature

3.2.2基質(zhì)滲透率對(duì)應(yīng)變場的影響

應(yīng)變場變化區(qū)域與溫度場相近，忽略基質(zhì)滲透率，采熱初期會(huì)低估儲(chǔ)層最大壓應(yīng)變。

應(yīng)變場變化區(qū)域如圖3(b)a～c組，伴隨冷水注入，水與儲(chǔ)層間產(chǎn)生較大溫差，水-巖溫差是觸發(fā)流體與巖石熱交換的動(dòng)因。當(dāng)巖石溫度下降，線膨脹系數(shù)減小，巖石收縮產(chǎn)生壓應(yīng)變。以開采30 a為例可以發(fā)現(xiàn)儲(chǔ)層應(yīng)變場受影響區(qū)域與溫度場變化區(qū)域基本相同，基質(zhì)滲透率越高，壓應(yīng)變影響區(qū)域越大。

最大壓應(yīng)變變化規(guī)律見圖6(a)。基質(zhì)滲透率為0，1×10-18，1×10-16m2，采熱0.2 a，最大壓應(yīng)變依次為1.94×10-3，2.35×10-3，2.94×10-3；隨著采熱進(jìn)行，最大壓應(yīng)變逐漸減?。徊蔁?0 a，分別為3.6×10-4，4.3×10-4，4.7×10-4，與采熱初期相比分別下降81.44%、81.70%、84.01%?；|(zhì)滲透率越高，最大壓應(yīng)變?cè)酱?，變化幅度越大。這是因?yàn)椴蔁岢跗冢?巖間溫差較大，基質(zhì)滲透率越高，水流帶走熱量越多，儲(chǔ)層產(chǎn)生壓應(yīng)變?cè)矫黠@；熱開采后期，基質(zhì)滲透率不同，發(fā)生最大壓應(yīng)變區(qū)域儲(chǔ)層溫度相近，因此最大壓應(yīng)變間差距縮小。

圖6 最大壓應(yīng)變變化規(guī)律Fig.6 Maximum compressive strain variation

3.2.3基質(zhì)滲透率對(duì)應(yīng)力場的影響

忽略基質(zhì)滲透率，僅考慮裂隙滲透率，會(huì)高估儲(chǔ)層最大豎向地應(yīng)力。

應(yīng)力場變化規(guī)律見圖3(c)a～c組?；|(zhì)在熱應(yīng)力作用下不斷收縮，熱和力一定程度上發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，引起應(yīng)力場發(fā)生改變。以開采30 a為例可以發(fā)現(xiàn)，巖石應(yīng)力場受影響區(qū)域與溫度場變化區(qū)域基本相同，基質(zhì)滲透率越高，應(yīng)力場影響區(qū)域越大。

圖7 最大豎向地應(yīng)力變化規(guī)律Fig.7 Maximum vertical ground stress variation law

最大豎向地應(yīng)力變化規(guī)律見圖7(a)?；|(zhì)滲透率為0，1×10-18m2、1×10-16m2。采熱0.2 a，最大豎向地應(yīng)力依次為107.90，107.15，106.52 MPa；隨著采熱進(jìn)行，最大豎向地應(yīng)力逐漸減小。采熱50 a，最大豎向地應(yīng)力依次為96.52，96.47，96.37 MPa。這是由于采熱過程中儲(chǔ)層豎向地應(yīng)力在注水壓力作用下出現(xiàn)較大的增幅，隨著采熱進(jìn)行，受生產(chǎn)降壓影響，最大豎向地應(yīng)力有所下降。但這種降幅趨勢并不是無休止的，采熱后期儲(chǔ)層溫度趨近于水溫，地應(yīng)力、注水壓力、熱應(yīng)力均保持平穩(wěn)狀態(tài)，因此最大豎向地應(yīng)力變化趨勢較小。此外，基質(zhì)滲透率越低，熱應(yīng)力對(duì)采熱過程影響越小，最大豎向地應(yīng)力越大。因此忽略基質(zhì)滲透率，會(huì)高估采熱過程中儲(chǔ)層的最大豎向地應(yīng)力。

3.2.4基質(zhì)滲透率對(duì)位移場的影響

忽略基質(zhì)滲透率，僅考慮裂隙滲透率，會(huì)低估儲(chǔ)層所發(fā)生的沉降。

位移場變化規(guī)律見圖3(d)a～c組。隨著冷水的注入，干熱巖冷卻，儲(chǔ)層的密度增加，重力明顯增大，原有熱儲(chǔ)應(yīng)力平衡遭到破壞，產(chǎn)生沉降。臨近注水井處溫度下降最快，因此最大沉降區(qū)域出現(xiàn)在注水井附近。

累計(jì)最大沉降量變化規(guī)律見圖8(a)。采熱0.2 a，累計(jì)最大沉降量為0.009 01，0.010 04，0.011 32 m；隨著采熱進(jìn)行，沉降量明顯增加；采熱50 a，增至0.247 81，0.253 57，0.268 08 m。這是由于采熱初期溫度降幅較為明顯，儲(chǔ)層產(chǎn)生較大沉降；隨著EGS的運(yùn)行，水溫與熱儲(chǔ)間溫差縮小，沉降量隨之減小。基質(zhì)滲透率增大，熱量流失增加，儲(chǔ)層沉降量增加。因此忽略基質(zhì)滲透率的影響，會(huì)低估儲(chǔ)層產(chǎn)生的沉降。

圖8 累計(jì)最大沉降量變化規(guī)律Fig.8 Cumulative maximum settlement

3.3 裂隙滲透率對(duì)采熱的影響

裂隙是儲(chǔ)層中水與熱量進(jìn)行運(yùn)移、傳遞的主要通道，裂隙滲透率直接決定水在儲(chǔ)層中的流動(dòng)能力，進(jìn)而影響產(chǎn)熱速率。

3.3.1裂隙滲透率對(duì)溫度場的影響

(1)裂隙滲透率增大，低溫區(qū)域增加，儲(chǔ)層壽命縮短。

溫度場變化規(guī)律如圖3(a)d、b、e組、4(d～f)。采熱10 a，低溫區(qū)域(<100 ℃)所占儲(chǔ)層面積百分比為6.4%、9.65%、16.73%；采熱30 a，分別增至14.88%、25.48%、44.73%；采熱50 a，分別增至22.71%、40.11%。采熱10 a，高溫地?zé)?>150 ℃)所占儲(chǔ)層面積百分比為87.95%、85.35%、75.55%；采熱30 a，分別降至79.01%、65.77%、37.57%；采熱50 a，分別降至69.47%、45.83%。增大裂隙滲透率，相當(dāng)于改善了儲(chǔ)層連通能力，增加了單位時(shí)間內(nèi)通過熱儲(chǔ)水流量，提高了采熱速率；但同時(shí)會(huì)增加低溫區(qū)域面積，減少可供開采地?zé)釁^(qū)域，縮短儲(chǔ)層開采時(shí)間。裂隙滲透率為2×10-10m2，儲(chǔ)層壽命最短。

(2)裂隙滲透率較大會(huì)降低EGS運(yùn)行壽命，較小會(huì)影響采熱能力，存在最優(yōu)裂隙滲透率。

產(chǎn)出溫度變化曲線見圖5(d)、(b)、(e)。裂隙滲透率為5×10-11m2時(shí)，整個(gè)開采過程中，產(chǎn)出溫度維持在236 ℃左右，但并不是實(shí)際采熱過程中最適宜開采的裂隙滲透率。這是由于裂隙滲透率較小，水流阻力較大，消耗功增多，對(duì)注水水泵要求增高，增加了實(shí)際開采成本，與陳繼良[21]得出結(jié)論相同。裂隙滲透率為1×10-10m2時(shí)，采熱進(jìn)行17 a，產(chǎn)出溫度開始下降，采熱50 a，產(chǎn)出溫度為184.01 ℃。裂隙滲透率為2×10-10m2時(shí)，采熱12 a，產(chǎn)出溫度出現(xiàn)下降，采熱42 a，產(chǎn)出溫度降至76.95 ℃。JOHN[24]指出：產(chǎn)出溫度低于74 ℃，將失去商業(yè)利用價(jià)值。因此裂隙滲透率為1×10-10m2左右采熱能力最好，裂隙滲透率為2×10-10m2，儲(chǔ)層壽命低于50 a。

3.3.2裂隙滲透率對(duì)應(yīng)變場的影響

增大裂隙滲透率，應(yīng)變場變化規(guī)律與增大基質(zhì)滲透率時(shí)相同，但變化幅度更大；裂隙滲透率越大，壓應(yīng)變影響區(qū)域越大。

應(yīng)變場變化區(qū)域見圖3(b)d、b、e組，最大壓應(yīng)變變化規(guī)律見圖6(b)。裂隙滲透率增大，產(chǎn)生壓應(yīng)變區(qū)域明顯增加。裂隙滲透率為5×10-11，1×10-10，2×10-10m2，采熱0.2 a，最大壓應(yīng)變依次為1.36×10-3，2.35×10-3，3.72×10-3。與裂隙滲透率為5×10-11m2相比，裂隙滲透率為2×10-10m2時(shí)，最大壓應(yīng)變提高了2.74倍；隨著采熱進(jìn)行，最大壓應(yīng)變逐漸減??；采熱40 a，分別為3.8×10-4，4.9×10-4，5.2×10-4，與采熱初期相比分別下降72.06%、79.15%、86.83%。采熱初期，裂隙滲透率越高，最大壓應(yīng)變?cè)酱?。采熱后期，裂隙滲透率不同，注水井附近儲(chǔ)層溫度相近，最大壓應(yīng)變間差距縮小。因此增大裂隙滲透率儲(chǔ)層雖然可以提高采熱效率，但會(huì)使注水井附近儲(chǔ)層在采熱初期產(chǎn)生較大壓應(yīng)變，使井壁發(fā)生失穩(wěn)現(xiàn)象，影響EGS穩(wěn)定運(yùn)行。

3.3.3裂隙滲透率對(duì)應(yīng)力場的影響

應(yīng)力場變化規(guī)律見圖3(c)d、b、e組。最大豎向地應(yīng)力變化規(guī)律見圖7(b)。裂隙滲透率增大，流體流域變廣，應(yīng)力場影響區(qū)域增加。裂隙滲透率為2×10-10m2，應(yīng)力場影響區(qū)域超過5×10-11m2時(shí)的2倍。采熱0.2 a，裂隙滲透率為5×10-11，1×10-10，2×10-10m2，最大豎向地應(yīng)力依次為108.16，107.15，106.64 MPa；采熱40 a，最大豎向應(yīng)力依次為97.44，96.90，96.62 MPa。受生產(chǎn)降壓和儲(chǔ)層降溫影響，隨著采熱進(jìn)行最大豎向地應(yīng)力逐漸減小。因此，裂隙滲透率越大，豎向地應(yīng)力越小。

3.3.4裂隙滲透率對(duì)位移場的影響

位移場變化規(guī)律見圖3(d)d、b、e組。累計(jì)最大沉降量變化規(guī)律見圖8(b)。裂隙滲透率為5×10-11，1×10-10，2×10-10m2，采熱0.2 a，沉降量依次為0.007 43，0.010 04，0.015 76 m；采熱40 a，沉降量依次為0.177 76，0.236 43，0.341 81 m，與滲透率為5×10-11m2相比，裂隙滲透率為2×10-10m2時(shí)沉降量增加0.164 05 m，沉降區(qū)域擴(kuò)大3倍左右。由此可見，增大裂隙滲透率，會(huì)使儲(chǔ)層沉降量增加、沉降區(qū)域增大，并誘發(fā)微地震等自然災(zāi)害發(fā)生，進(jìn)而影響EGS運(yùn)行時(shí)間。

4 結(jié)論

(1)忽略基質(zhì)滲透率，僅考慮裂隙滲透率，會(huì)高估EGS運(yùn)行時(shí)間、產(chǎn)出溫度和最大豎向應(yīng)力，會(huì)低估儲(chǔ)層產(chǎn)生的最大壓應(yīng)變和沉降量?？紤]基質(zhì)滲透率對(duì)采熱過程的影響，可以提高對(duì)儲(chǔ)層變化規(guī)律預(yù)測的準(zhǔn)確性。

(2)增大裂隙滲透率，可以提高儲(chǔ)層產(chǎn)熱速率，但會(huì)使儲(chǔ)層溫度場、應(yīng)變場、應(yīng)力場、位移場影響區(qū)域變大，壓應(yīng)變、沉降量增加，井壁發(fā)生失穩(wěn)、儲(chǔ)層產(chǎn)生沉降幾率提升。因此對(duì)儲(chǔ)層進(jìn)行改造時(shí)，應(yīng)考慮增大裂隙滲透率對(duì)儲(chǔ)層產(chǎn)生的不利影響。

(3)存在最適宜裂隙滲透率1×10-10m2，既保證了儲(chǔ)層采熱壽命，又使儲(chǔ)層保持較高的采熱效率；裂隙滲透率為2×10-10m2時(shí)，儲(chǔ)層壽命縮短8 a，應(yīng)力場、應(yīng)變場、沉降區(qū)域均顯著增大，因此實(shí)際工程需要激發(fā)的裂隙滲透率應(yīng)低于2×10-10m2。

綜上所述，未來對(duì)青海共和盆地地?zé)崽镞M(jìn)行熱開采，應(yīng)根據(jù)工程需求，選擇合適的儲(chǔ)層滲透率，以提高采熱效率，規(guī)避開采過程中的不利影響。研究結(jié)果對(duì)EGS的發(fā)展應(yīng)用具有實(shí)際意義。