城市深层地热能可持续开采多场耦合效应数值模拟研究进展

• Published in: 煤炭学报 Vol. 48; no. 3; pp. 1126 - 1138
• Main Authors: 赵志宏, 刘桂宏, 王佳铖, 徐浩然
• Format: Journal Article
• Language: Chinese
• Published: 清华大学土木工程系,北京 100084 01.03.2023
• Subjects: 资源评价; 深层地热; 可持续开采; 多场耦合; 优化设计
• ISSN: 0253-9993
• DOI: 10.13225/j.cnki.jccs.2022.1027

P314; 我国中深层(200～3 000 m)和深层(＞3 000 m)地热资源储量丰富,具有很大的开发空间,可持续开发利用地热资源将是碳达峰、碳中和目标如期实现的重要保障之一.然而,地热能开采过程涉及复杂的温度场、渗流场、应力场耦合效应.为此,总结了笔者团队在水热型地热资源开发利用多场耦合效应数值模拟方面的研究成果,包括面向城市深层地热能可持续开采的资源量评价、采灌方案优化设计方法和在典型地热工程中的示范应用.从温度、水位、变形3个方面给出了深层地热能可持续开采的多指标评价体系,以及基于数值模型的可采地热能计算公式.基于深层地热井-储系统多场耦合数值模型给出了满足可持续开采标准的可采地热能评价方法,提出了开采井风险评价的"红绿灯系统",并依托雄安新区容东安置区地热开发利用工程验证了资源评价方法的合理性.基于深层地热井-储系统多场耦合数值模型给出了满足可持续开采标准的采灌方案优化设计方法,采用Plackett-Burman设计构建了代理模型,通过多响应优化实现了参数的快速优化,并依托北京市城市副中心地热开发利用工程验证了采灌方案优化设计方法的合理性.为城市深层地热能可持续开采提供了理论与工具支撑,以促进城市深层地热能更大规模和更高质量的开发利用.