废弃油井与地下溶腔地热能开采的数值模拟研究

"利用废弃油井和地下高温溶腔开采地热能的数值模拟，梁昌文，陈科，文章探讨了一种以废弃油井作为注入井和产出井，结合地下高温溶腔作为主要热储存的换热系统。通过建立二维和三维的换热模型，运用有限差分法对能量偏微分方程进行离散，并采用交替半隐式算法（ADI）求解温度场。此外，考虑了高温溶腔的多孔特性，利用有限元分析软件Fluent进行数值模拟。工质的物理性质基于NIST数据库的实际气体模型，并考虑了其在过程中的变化。文章分析了工质出口温度与运行时间、地温梯度、入口压力、入口温度、质量流量、岩层孔隙率和工质种类等因素的关系，强调了入口温度、地温梯度和质量流量的影响。研究结果为利用废弃油井和高温溶腔开采地热能的地热发电提供了理论支持。关键词包括地热能、油井、高温溶腔、换热和数值模拟。" 本文的研究焦点在于如何高效利用废弃的石油井以及地下高温溶腔来开采地热能。作者梁昌文和陈科首先构建了一个创新的换热系统，其中废弃油井同时作为热能注入和提取的通道，而高温溶腔则扮演了地热储藏的角色。这一系统的设计有助于解决废弃油井的环境问题，同时利用地热资源进行能源生产。 为了分析这个系统的热交换性能，研究者建立了一个二维模型来描述注入井和产出井间的热量传递，采用了有限差分法处理能量守恒的偏微分方程。这是一种数值计算方法，通过将连续区域离散化，将偏微分方程转化为代数方程求解。然后，他们利用交替半隐式算法（ADI）求解温度分布，这种方法在处理时间依赖的偏微分方程时特别有效。 进一步，他们建立了三维模型来考虑高温溶腔内部复杂的热交换过程，由于溶腔的多孔特性，他们运用了有限元分析软件Fluent。Fluent是一款强大的流体动力学模拟工具，可以处理多物理场问题，如流体流动和传热。在这里，它被用来模拟工质在溶腔内的流动和热交换，同时考虑了工质的物理性质随条件变化的影响。 研究者通过模拟实验分析了多种参数对工质出口温度的影响，如运行时间、地温梯度、入口压力、入口温度、质量流量、岩层孔隙率以及工质类型。结果表明，入口温度、地温梯度和质量流量是影响工质出口温度的关键因素，这些发现对于优化地热能开采策略具有重要意义。 最后，研究者指出，他们的工作为利用废弃油井和地下高温溶腔进行地热能开发，特别是地热发电提供了理论依据，这有助于推动可持续的清洁能源技术发展。此研究不仅有助于提高地热能的利用率，而且可能激励更多针对废弃资源再利用的技术创新。