地熱儲層單裂隙巖體滲流傳熱數值模擬研究

肖 鵬 ，竇 斌 ，田 紅 ，鄭 君 ，崔國棟 ，夏杰勤 ，Muhammad Kashif

（1.中國地質大學（武漢）工程學院，湖北武漢430074；2.地球深部鉆探與深地資源開發(fā)國際聯合研究中心，湖北武漢430074；3.薩戈達大學地球科學系，巴基斯坦薩戈達40100）

0 引言

常規(guī)的一次性不可再生能源如天然氣、煤炭、石油等可開采儲量越來越小且其開采難度越來越大，另外常規(guī)能源在使用過程中帶來越來越多的環(huán)境問題［1］。干熱巖地熱資源由于其潔凈無污染、儲量大、空間分布廣泛、開采過程安全且受環(huán)境影響小等優(yōu)點，成為世界上各國重點關注的新能源，受到了國內外學者的廣泛關注［2-3］。

干熱巖型地熱能資源的提取通常是使用換熱效率較好的取熱工質在人工儲層的裂隙中與高溫地熱巖體發(fā)生對流換熱來進行提?。?］。因此要實現較高的換熱效率和儲層地熱資源開采率需要采用各種工程技術形成貫通的、體積破碎的儲層以增大取熱工質和儲層裂隙巖體之間的換熱面積［5］。儲層裂隙是干熱巖地熱資源開采過程中主要的流體滲流通道，流體在流經裂隙時會發(fā)生明顯的特征變化，這種特征變化會影響裂隙巖體中的滲流傳熱過程［6］。在地熱儲層裂隙巖體中的滲流傳熱過程是典型的熱流耦合問題［7］，研究地熱儲層裂隙巖體內的滲流傳熱過程對地熱開采工程具有十分重要的意義［8］。

由于流體性質的易變形和流體運動的復雜性，使得與流體相關的研究都比較難以開展，因此目前針對流體參數對滲流傳熱過程影響機理的相關研究報道還比較少見，相關的研究目前還仍然處于探索性的研究階段。在實際工程中，地熱儲層是整個地熱工程系統的一部分，其中注入流體壓力、溫度、流速、水化學以及出口流體壓力等流體參數都是可以直接被調控的參數，因而具有很大的研究意義［9］。

地熱儲層的熱開采過程與儲層特征、工程系統運行參數以及各個物理場之間的耦合作用等諸多因素有關。由于實際地熱儲層的儲層結構、采熱機理、滲流場特征等與實驗室尺度上的滲流傳熱地熱儲層模型之間存在著很大的差距［10］；同時地熱儲層裂隙巖體中的滲流-傳熱過程極其復雜，實驗室模擬條件通常情況下很難達到與工程實際相一致的實驗模擬環(huán)境。因此研究結果往往與實際情況有很大的差距；現場原位試驗雖然能夠比較準確地反映工程實際情況，但是往往需要耗費很大的人力物力。因此在科學研究中往往需要借助于數值模擬研究來代替這方面的不足［11］。在科學研究中，如果能夠建立與工程實際相似的數值模型，并采取適當的數值模擬軟件，研究成果往往能夠很好地指導工程實踐。

Ma、Zhang、Huang 等［12-14］采用物理模擬和數值模擬相結合的方法，通過3D 打印技術制作了不同的粗糙表面，研究了粗糙裂縫中水流傳熱特性以及沿流動方向局部傳熱系數的分布規(guī)律。Jiang 等［15］對水平裂隙中超臨界CO2層流對流換熱進行了試驗研究，揭示了流量和初始巖體溫度對流體溫度和巖壁的影響，得到了斷口局部傳熱性能。Kohl 等［16］針對干熱巖地熱儲層系統的長期運行過程，建立了二維單一裂隙數值模型，進行了數值模擬研究，模擬了干熱巖儲層中的溫度場-滲流場-應力場的耦合機理，指出三場耦合過程在干熱巖地熱系統運行過程中的重要性。Rutqvist 等［17］結合 TOUGH 2 和FLAC 3D 兩種數值模擬軟件的理論與方法，進行了裂隙和多孔巖石中的多相流體流動、傳熱和變形（THM）三場耦合分析研究。孫?。?8］在甘肅北山熱-水-力三場耦合模型室內試驗研究的基礎上，采用了與模型試驗相應的初始邊界條件，研究了在數值模擬過程中裂隙巖體三場耦合效應的體現，分析研究了裂隙巖體應力場對溫度場和滲流場的影響機理。Asai 等［19］在恒定注水溫度以及注水總量的前提下，設計了7 種不同的流體注入方案（不同的注水方式，注水時間梯度等），研究了不同的流體注入方案對于EGS 儲層熱開采率的影響，通過研究發(fā)現指數型流量注水方式是增加產量的最優(yōu)選擇。Jiang 等［20］建立了 EGS 地下換熱過程的三維瞬態(tài)模型，介紹了2 種熱傳輸方程以描述裂隙中的對流換熱以及巖石基質中的熱傳導，并選用了設定的EGS工程為例證明了模型的有效性以及合理性。Kolditz 等［21］以結晶巖裂隙為研究對象，建立了干熱巖儲層開采過程中的換熱過程數值模擬模型，通過對比2.5 維和3 維模型的熱開采過程，分析了不同維度對于干熱巖開采過程的影響。Zeng 等［22］研究了西藏羊八井花崗巖干熱巖地熱儲層中的熱開采過程?；谏疃仍?50～1350 m 儲層的地質數據資料建立了地熱儲層模型，研究發(fā)現羊八井地熱雙井系統下可以維持3.23～3.48 MW 的地熱發(fā)電20 年。Zeng 等［22-26］在后期進一步對比分析了水平井和垂直井的采熱效率，他們發(fā)現水平井的采熱效率要優(yōu)于垂直井，并且水平井有利于降低注入泵壓。

鑒于以上分析，本研究主要以干熱巖地熱工程為背景，開展“地熱儲層單裂隙巖體滲流傳熱機理數值模擬研究”，采用COMSOL Multiphysics 數值模擬軟件探究了地熱儲層裂隙巖體中的滲流傳熱過程，并分析了不同流體參數（注入流體溫度、流體速度）對單裂隙巖體滲流傳熱過程的影響機理及其在地熱工程中的作用，為地熱資源的開發(fā)與利用提供了理論依據。

2 模型建立

2.1 地熱儲層單裂隙巖體滲流傳熱模型

干熱巖地熱工程中的儲層巖體大多是多相不連續(xù)介質，儲層巖體中充滿了各種各樣的結構面，為了簡化研究，對建立的模型做出以下假設：

（1）忽略取熱工質在儲層巖體本身中的滲透，即取熱工質僅在儲層裂隙內運移，把儲層巖體按照非連續(xù)介質來處理。

（2）假設儲層巖體中僅存在單一裂隙，并且該單裂隙可以看成平行板狀裂縫，單裂隙的寬度為常數，裂隙面無限延伸且表面光滑，裂隙寬度遠遠小于裂隙長度。

（3）裂隙內取熱工質為穩(wěn)定的無內熱源二維定常層流、常物性、不可壓縮牛頓性流體，并忽略取熱工質粘性耗散過程中產生的耗散熱。

（4）取熱工質所承受的質量力只有重力，且只沿x方向流動，其溫度隨時間的推移發(fā)生變化。

建立描述取熱工質地熱儲層在單裂隙巖體內流動的平行板裂隙模型（見圖1），灰色區(qū)域為巖體區(qū)域，綠色區(qū)域為裂隙區(qū)域，其中L表示裂隙長度，d表示裂隙寬度，并且L遠大于d，Tw為取熱工質溫度，Tm為儲層巖體溫度，巖體的初始溫度Tm0大于流體的初始溫度Tw0。此模型可以表征整個平行裂隙模型的滲流場和溫度場的分布。

圖1 單裂隙平行板裂隙模型Fig.1 Parallel plate fracture model for a single fracture

2.2 基本耦合方程

在模型及其基本假設的基礎上，可以得到簡化后在滲流場影響下的溫度場數值模型：

由于在模型假設中質量力只考慮了重力，所以Fx=0；且在基本假設中取熱工質的流動形式為層流，重力同粘性力相比較可以忽略，即Fy=0；同時由于取熱工質只沿著x方向流動，即uy=0，于是式（1）可簡化為：

2.3 邊界條件以及基本參數

平行板裂隙滲流的特點及基本假定如下［27］：

（1）滲流邊界。裂隙上、下兩個邊界為不透水邊界，裂隙的左右相對邊界分別選取為取熱介質的流入、流出邊界。

（2）溫度邊界。整個系統的初始溫度取373 K（100 ℃），單裂隙巖體上下界面溫度取Tm=373 K（100 ℃），巖體兩側邊界取絕熱邊界。

（3）計算參數。研究區(qū)域選定為0.2 cm×45 cm×40 cm，即巖層厚度為40 cm，裂隙長度L=45 cm，裂隙開度d=2 mm，其他計算參數的選取如表1所示，其中巖石主要以花崗巖為研究對象。

表1 單裂隙巖體滲流傳熱數值模擬研究參數Table 1 Parameters for numerical simulation of seepage heat transfer in single fractured rock mass

（4）網格劃分。COMSOL Multiphysics 數值模擬軟件具有自動剖分網格的功能，在這里將網格設置里面的序列類型設置為物理場控制網格，單元大小設置為常規(guī)進行網格自動構建剖分，設置如圖2所示，剖分的網格如圖3 所示。

3 結果與分析

3.1 模型驗證

圖2 單裂隙網格剖分設置情況Fig.2 Mesh division setting for a single fracture

圖3 單裂隙網格剖分結果（單位：m）Fig.3 Mesh division of a single fracture

為了驗證模型的正確性，將裂隙開度d改為2 cm，流體注入速度設置為0.0008 m/s 進行模擬，對本文建立的模型進行驗證，得到的裂隙中心的溫度分布如圖4 所示。

圖4 本研究與文獻裂隙中心溫度分布對比Fig.4 Temperature distribution comparison between the present study and the literature

從圖4 可以看出本研究建立的模型和文獻［27］中的數據基本一致，產生差異的原因可能是因為本研究中采用了與文獻不同的數值模擬軟件，因此保證了模型的合理性與正確性。

3.2 單裂隙巖體滲流傳熱溫度場分析

采用以上研究參數并設置流體注入溫度為293 K（20 ℃），流體注入速度為 0.005 m/s 進行瞬態(tài)研究，可以得出當系統運行到400 min 左右時，單裂隙巖體溫度場基本上開始趨于穩(wěn)定狀態(tài)。分別取t=0、30、90、150、240、360、480、600 min 時單裂隙巖體的溫度場云圖如圖5 所示。

圖5 單裂隙巖體溫度場云圖（T=293 K，v=0.005 m/s）Fig.5 Temperature field nephogram evolution of single fractured rock mass (T=293K，v=0.005m/s)

由圖5 中可以看出：在初始階段，當流體進入單裂隙巖體后，由于與裂隙面之間存在溫差，兩者之間發(fā)生劇烈的對流換熱作用，但流體在到達出口前就已經和巖體的溫度達到動態(tài)平衡狀態(tài)，因此巖體的溫度場僅受到局部擾動。隨著流體逐漸帶走巖體中的熱量，巖體溫度場的擾動區(qū)域逐漸向出口方向和巖體的上下面擴展。同時可以發(fā)現巖體溫度場在演化過程中沿著裂隙中心線總是保持對稱。

穩(wěn)定后的單裂隙巖體溫度場和溫度等值線分別如圖6、7 所示?？梢钥闯鲅刂黧w流動的方向，穩(wěn)定后的巖體溫度場等值線越來越稀疏，這是因為隨著流體的流動，流體受巖體的加熱同時巖體中的熱量被流體帶走，這就使得巖體和流體兩者之間的溫差減小，降低了巖體與流體之間的換熱效率，從而使得靠近裂隙出口部位的巖體溫度等值線分布比較稀疏。

圖6 穩(wěn)態(tài)單裂隙巖體溫度場云圖Fig.6 Steady?state single fractured rock mass temperature field nephogram

圖7 穩(wěn)態(tài)單裂隙巖體溫度等值線Fig.7 Steady?state single fractured rock mass temperature isoline

圖8 描述了流體出口邊界上的法向總熱通量隨時間的變化情況，從圖中可以看出，流體出口法向總熱通量隨著時間的發(fā)展首先迅速下降之后逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)。這是因為當流體進入裂隙后迅速地吸收巖體中的熱量并從出口帶出，出口法向總熱通量的值較大，之后隨著巖體溫度的降低，流體和巖體之間的對流換熱作用減弱，出口法向總熱通量隨著時間的變化逐漸下降，并在400 min 之后開始趨于穩(wěn)定狀態(tài)，此時巖體的溫度場也處于穩(wěn)定狀態(tài)。這一規(guī)律也很好地驗證了巖體溫度場的演化規(guī)律及其機理。

3.3 流體注入速度對單裂隙巖體滲流傳熱過程的影響分析

圖8 流體出口法向總熱通量隨時間的變化情況Fig.8 Normal total heat flux at the fluid outlet vs time

流體注入速度在干熱巖地熱資源開采的過程中是極其重要的系統運行參數，在地熱工程中一般稱為流體回灌速度，為了探究流體注入速度對單裂隙巖體滲流傳熱的影響，設置流體注入溫度為293 K，研究了不同流體注入速度（0.0001～0.001 m/s）下的單裂隙巖體滲流傳熱過程。

3.3.1 流體注入速度對巖體溫度場的影響

流體注入速度對巖體溫度場有著重要的影響：一方面是對巖體溫度場達到穩(wěn)態(tài)時溫度場分布特征的影響，另一方面是對巖體溫度場達到穩(wěn)態(tài)時所需要時間的影響。

圖9 為巖體在不同流體注入速度下穩(wěn)態(tài)時的溫度場云圖，從圖中可知隨著流體注入速度的增大，巖體溫度場中受擾動的區(qū)域面積越大，單裂隙巖體的平均溫度越?。▓D10），單裂隙巖體的平均溫度0.001 m/s 時要比0.0001 m/s 時降低約6.15%。這是因為流體注入速度的增大使得在單位時間內更多的低溫流體進入巖體，從而使得單位時間內巖體中更多的熱量被流體帶走，這樣也就擴大了巖體溫度場的擾動范圍和幅度，降低了巖體整體的平均溫度。

不同的流體注入速度下，巖體溫度場達到穩(wěn)態(tài)時所需要的時間也不一致。圖11 為不同流體注入速度下巖體出口流體平均溫度隨時間的變化情況。可以看出流體速度越大，流體出口平均溫度達到穩(wěn)態(tài)時（即系統達到穩(wěn)態(tài)）所需要的時間也就越短。

3.3.2 流體注入速度與干熱巖地熱工程

在干熱巖地熱資源開發(fā)利用的過程中，出口溫度（決定工程壽命）、出口法向總熱通量以及出口總熱量（決定工程效益）是3 個極其重要的參數，流體注入速度與這幾個參數具有密切的關系：當流體注入速度較大時出口溫度下降的就會越快，地熱工程的系統壽命（系統壽命定義為系統出口流體溫度大于生產要求溫度的維持時間）也就越短。同時當流體注入速度較小時，流體可以被巖體充分加熱，流體中含有的總熱量便會增加，但是單位時間內流體從出口帶出的熱量會由于流體體積的減小而下降；如果流體的流速較大，雖然單位時間內流出的流體的體積會增加，但是流體由于沒有被充分加熱其中攜帶的熱量就會相對較小。因此在地熱工程中在保證出口溫度的情況下，也要追求出口法向總熱通量和出口總熱量的最佳值。因此存在最佳流體注入速度。在本研究針對最佳流體流速的選擇展開了研究，確定生產溫度為303 K（30 ℃），分別對不同流體速度下（0.005～0.015 m/s）的系統壽命以及效益進行研究。

圖9 單裂隙巖體在不同流體注入速度下的穩(wěn)態(tài)溫度場云圖Fig.9 Steady?state temperature field nephogram of single fractured rock mass at different fluid injection velocities

圖10 單裂隙巖體平均溫度隨流體注入速度的變化情況Fig.10 Average temperature of single fractured rock mass vs fluid injection velocity

圖11 不同流體注入速度下出口流體平均溫度隨時間的變化情況Fig.11 Average outlet fluid temperature vs time at different fluid injection velocities

圖12 為不同流體注入速度下出口流體平均溫度隨時間的變化情況，從圖中可以看出流體注入速度越大出口流體平均溫度下降越迅速，越容易趨于穩(wěn)定狀態(tài)，且在穩(wěn)定時其溫度值越低。同時可以看出隨著流體注入速度的增大，系統的壽命就會越短（圖 13），0.015 m/s 的系統壽命相比 0.007 m/s 的降低約81.82%。其中流體注入速度為0.005 m/s 時的出口溫度始終大于生產溫度，后續(xù)不再討論。

圖12 不同流體注入速度下出口平均溫度隨時間的變化情況Fig.12 Average outlet temperature vs time at different fluid injection velocities

圖13 流體注入速度與單裂隙巖體系統壽命的關系Fig.13 Fluid injection velocity vs service life of the single fractured rock mass system

圖14 為不同流體注入速度下流體出口法向總熱通量隨時間的變化情況，從圖中可以看出不同流體注入速度下的出口法向總熱通量隨著時間的推移都呈現出先迅速下降然后逐漸趨于穩(wěn)定的規(guī)律。不同的是，在起始階段出口法向總熱通量隨著流體注入速度的增大而迅速增大，其中起始階段0.015 m/s 時的出口法向總熱通量要比0.007 m/s 時的出口法向總熱通量增加約114.27%，但是在穩(wěn)定階段存在最佳流體注入速度使得出口法向總熱通量最大。圖15 為穩(wěn)定期出口法向總熱通量隨流體注入速度的變化情況，此時0.009 m/s 為最佳流體注入速度。

為了更進一步評價流體參數對系統運行和效益的影響，研究了系統在不同流體注入速度下壽命期間的出口法向總熱量，如圖16 所示。出口法向總熱量的計算公式如下：

圖14 不同流體注入速度下出口法向總熱通量隨時間的變化情況Fig.14 Total normal heat flux at the outlet vs time at different fluid injection velocities

圖15 系統穩(wěn)定時出口法向總熱通量隨流體注入速度的變化情況Fig.15 Total outlet normal heat flux vs fluid injection rate when the system is stable

式中：Q——出口法向總開采熱量；Tw——出口溫度；T——流體注入溫度；ρ——流體密度；C——流體比熱容；v——流體速度；d——裂隙開度。

從圖16 可以看出在壽命期內隨著流體速度的增大出口法向總熱量降低，其中0.015 m/s 時的出口法向總熱量要比0.007 m/s 時降低約56.37%。

圖16 在系統壽命期內出口法向總熱量隨流體注入速度的變化情況Fig.16 Total outlet normal heat vs fluid injection velocity during the system service life

從以上分析可以看出，在地熱工程開發(fā)過程中設計流體注入速度時，應該綜合考慮能源的需求和設備的性能等。

3.4 流體注入溫度對單裂隙巖體滲流傳熱的影響

流體注入溫度在干熱巖地熱資源開采的過程中也是一個極其重要的參數，在地熱工程中流體注入溫度稱為回灌流體溫度。為了探究流體注入溫度對單裂隙巖體滲流傳熱的影響，在本研究中流體注入速度為0.005 m/s，流體注入溫度的研究范圍為273～323 K（0～50 ℃），并以10 K 為步長進行研究，研究流體注入溫度對單裂隙巖體滲流傳熱的影響。

3.4.1 流體注入溫度對巖體溫度場的影響

各流體注入溫度下單裂隙巖體穩(wěn)態(tài)溫度場的分布情況如圖17 所示。從圖中可以看出各流體注入溫度下單裂隙巖體溫度場的總體特征基本一致，但是隨著流體注入溫度的升高，穩(wěn)態(tài)巖體溫度場受擾動的區(qū)域面積逐漸減少，穩(wěn)態(tài)巖體平均溫度呈現出上升的趨勢（如圖18 所示），其中流體注入溫度為323 K（50 ℃）時的穩(wěn)態(tài)巖體平均溫度要比273 K（0 ℃）時增加約7.1%。同時從圖17 可以看出隨著注入溫度的升高，穩(wěn)態(tài)巖體溫度場的溫度等值線越稀疏。圖19 為不同流體注入溫度下巖體平均溫度隨時間的變化情況，可以看出，不同流體注入溫度下，巖體溫度場達到穩(wěn)態(tài)所需要的時間也不一致，流體注入溫度越低巖體達到穩(wěn)定狀態(tài)時所需要的時間就會越長。

產生以上現象的原因可以概括為：流體注入溫度越高，則流體和巖體之間的溫差就會越小，熱量轉移動力的降低使得巖體溫度場擾動的區(qū)域和幅度均有所降低，同時降低了兩者之間的換熱效率，從而形成了比較稀疏的巖體溫度等值線。

3.4.2 流體注入溫度與地熱工程

為了探究流體注入溫度在干熱巖地熱工程中的重要作用，研究了流體注入溫度對系統出口平均溫度、出口總熱通量以及出口總熱量的影響，選擇273～323 K（0～50 ℃）為流體注入溫度的研究范圍，以 10 K 為步長，333 K（60 ℃）為生產溫度，研究了不同流體注入溫度對相關參數的影響機理。

不同流體注入溫度下系統出口平均溫度隨時間的變化情況如圖20 所示?？梢钥闯隽黧w注入溫度越高，則出口溫度達到穩(wěn)態(tài)時所需要的時間也就越短，這也驗證了之前關于流體注入溫度對巖體溫度場達到穩(wěn)態(tài)所需要時間的相關論述。同時可以發(fā)現，隨著流體注入溫度的升高，系統的壽命越長（見圖21），其中流體注入溫度為323 K（50 ℃）的出口平均溫度始終大于生產溫度，因此后續(xù)不再討論流體注入溫度為323 K（50 ℃）的相關情況。流體注入溫度為313 K（40 ℃）時的系統壽命相比于273 K（0 ℃）時增加了約280%。

圖17 各注入溫度值下的單裂隙巖體穩(wěn)態(tài)溫度場云圖Fig.17 Steady?state temperature field nephogram of single fractured rock mass at each injection temperature

圖18 穩(wěn)態(tài)巖體平均溫度隨流體注入溫度的變化情況Fig.18 Average temperature of steady state rock mass vs fluid injection temperature

不同流體注入溫度下出口法向總熱通量隨時間的變化情況如圖22 所示。可以看出，不同流體注入溫度下的出口法向總熱通量隨時間的變化情況都具有相同的規(guī)律，即隨著時間的推移，出口法向總熱通量都先隨時間的推移逐漸下降之后在某一位置逐漸趨于穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定時說明整個系統的溫度場也處于動態(tài)平衡。同時穩(wěn)定后的出口法向總熱通量和注入流體溫度之間基本上呈現出線性關系，流體注入溫度為313 K（40 ℃）時的出口總熱通量比273 K（0 ℃）時提升了262.74%，如圖23 所示。

圖19 不同流體注入溫度下巖體平均溫度隨時間的變化情況Fig.19 Rock mass average temperature vs time at different fluid injection temperatures

為了更進一步的評價系統的性能，研究了不同流體注入溫度下，系統在壽命期開采出的總熱量，得到不同流體注入溫度下，系統在壽命期內的出口法向總熱量如圖24 所示。從圖中可以看出在壽命期內，出口法向總熱量隨著流體注入溫度的升高而不斷的增加，流體注入溫度為313 K（30 ℃）時的出口法向總熱量比273 K（0 ℃）時提升了約289.80%。因此在干熱巖地熱資源開發(fā)的過程中要綜合考慮工程能源的需求以及經濟效益等來設計回灌流體溫度。

圖20 不同流體注入溫度下系統出口平均溫度隨時間的變化情況Fig.20 Average outlet temperature vs time at different fluid injection temperatures

圖21 流體注入溫度與系統壽命之間的關系Fig.21 Fluid injection temperature vs system life

4 結論

通過對地熱儲層單裂隙巖體的滲流傳熱過程的數值模擬研究，可以得到以下幾點結論：

（1）單裂隙巖體溫度場分布演化特征。單裂隙巖體系統運行過程中受擾動的溫度場向流體流動的方向和裂隙兩側逐漸發(fā)展，運行到400 min 左右時開始趨于穩(wěn)定，穩(wěn)態(tài)時越靠近出口方向，巖體的等溫線就會越稀疏，流體和巖體之間的熱交換作用越弱。

圖22 不同流體注入溫度下出口法向總熱通量隨時間的變化情況Fig.22 Total normal heat flux at the outlet vs time at different fluid injection temperatures

圖23 出口法向總熱通量穩(wěn)定值隨流體注入溫度的變化情況Fig.23 Steady value of the total outlet normal heat flux vs fluid injection temperature

（2）流體參數對滲流傳熱的影響。一方面流體注入速度的增加和注入溫度的降低會增加巖體受擾動的幅度，這是因為這些變化增加了巖體和流體的換熱效率。流體注入速度為0.001 m/s 時巖體的平均溫度要比0.0001 m/s 降低約6.15%，流體注入溫度為323 K（50 ℃）時巖體的平均溫度要比273 K（0 ℃）時增加約7.1%；另一方面流體速度的增大和流體溫度的升高會降低巖體溫度場達到穩(wěn)態(tài)時所需要的時間。

圖24 在壽命期內的出口總熱量隨流體注入溫度的變化情況Fig.24 Total outlet heat vs fluid injection temperature during the system service life

（3）流體參數對地熱工程的影響。為了評價流體參數對地熱工程的相關影響，定義了生產溫度，出口法向總熱量以及在系統壽命期的出口法向總熱量，分別用于評價地熱系統的壽命、效率以及效益。通過分析發(fā)現，流體注入速度的提升會降低系統的壽命，流體注入速度為0.015 m/s 的系統壽命相比0.007 m/s 時降低約81.82%，并且降低了系統在壽命期的出口法向總熱量值，其中流體注入速度為0.015 m/s 時的出口法向總熱量要比0.007 m/s時降低約56.37%，但是0.011 m/s 時的出口法向總熱通量值卻是最高的。流體注入溫度的提升會增加系統的壽命，流體注入溫度為313 K（40 ℃）時的系統壽命相比于273 K（0 ℃）時增加了約280%，同時也增加了系統的出口法向總熱通量和總熱量，流體注入溫度為313 K（40 ℃）時的出口法向總熱通量和總熱量分別比273 K（0 ℃）時提升了262.74%、289.80%。

本研究可以為干熱巖地熱資源的開發(fā)利用工程提供理論指導，為工程運行參數的設計提供了參考依據。