城市尺度地热田群井系统高效数值模拟方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开城市尺度地热田群井系统高效数值模拟方法及装置，方法包括：获取地热田的地质资料确定模型计算区范围，根据地质剖面图建立研究区的三维地质数值模型；确定模型的水—热初始条件；对热储参数进行分区并区分热储层和热盖层；确定整个模拟热储系统的水—热边界条件；将地热井简化为一维线性几何，按照地热井分布图和坐标将地热井线性几何添加到模型中；为每一眼地热井设置温度和流体的流入流出边界条件，地热井中的流体与周围岩体的换热过程采用等效换热系数考虑，套管和砂浆层的影响也包含在等效换热系数中；为模型设置时间周期函数将每年离散成供暖季和非供暖季两个时间段。可解决城市尺度地热田三维模拟的网格剖分和计算速度的难题。

【技术实现步骤摘要】
城市尺度地热田群井系统高效数值模拟方法及装置
本专利技术实施例涉及地热回灌模拟分析与仿真领域，具体涉及一种城市尺度地热田群井系统高效数值模拟方法及装置。
技术介绍
自上世纪80年代以来，城市深层地热开采已在我国北方部分城市取得了显著进展，比如北京、天津两市的深层地热井数量均已超过500口，河北省雄县的地热井数量已超过60口，目前全国深层地热供暖面积已达1.02亿m2。但是，由于资源勘查程度低、管理体制不完善、缺乏统一的技术规范和标准等原因，长期“掠夺式”开采(大量抽取地热水而无回灌)导致地下水位逐年下降、地热井出水量不足等问题日益突出。地热尾水回灌技术是解决上述问题的有效途径，可实现地热资源的可持续利用。低温尾水回灌至热储层后，除了会引起热储温度场、渗流场的变化，还可能引起水岩化学反应、岩石变形等热储响应。如果回灌井位置选择不当，可能会使开采井出水温度显著降低；如果回灌方案存在问题，可能会使热储裂隙、孔隙发生堵塞，导致回灌能力逐渐降低，甚至丧失回灌能力。目前，国内外学者已针对开采、回灌条件下热储层压力、温度、水化学、应力等动态变化过程进行了深入研究，但主要关注的是一采一灌的对井系统，侧重于研究地热对井系统对回灌的响应规律。对于城市尺度的地热群井系统，当数值模型中包含数十口地热井时，网格剖分和计算速度都面临巨大挑战，难以满足工程实际的需求。鉴于此，如何解决城市尺度地热田三维模拟的网格剖分和计算速度的难题成为目前需要解决的技术问题。
技术实现思路
由于现有方法存在上述问题，本专利技术实施例提出一种城市尺度地热田群井系统高效数值模拟方法及装置。第一方面，本专利技术实施例提出一种城市尺度地热田群井系统高效数值模拟方法，包括：获取地热田的地质资料，根据所述地质资料确定三维地质数值模型的计算区范围，再根据地质剖面图建立研究区的三维地质数值模型；根据水位、温度等值线图，确定所述三维地质数值模型的水—热初始条件；根据研究区断层带位置和热储层的富水性差异，对热储参数进行分区，并区分热储层和热盖层；根据研究区热储层地热地质构造特征、地热形成机理、水文地质条件，分析确定整个模拟热储系统的水—热边界条件；根据地热井的成井和测井资料，将地热井简化为一维线性几何，按照地热井分布图和坐标，将地热井线性几何添加到所述三维地质数值模型中；为每一眼地热井设置温度和流体的流入流出边界条件，地热井中的流体与周围岩体的换热过程采用等效换热系数考虑，套管和砂浆层的影响也包含在等效换热系数中；为所述三维地质数值模型设置时间周期函数，将每年离散成供暖季和非供暖季两个时间段。可选地，所述等效换热系数是通过第一公式计算得到的，所述第一公式为：其中，r0为套管内径，r1为套管外径，r2为砂浆层外径，k1为套管的导热系数，k2为砂浆层的导热系数，hint表示流体在井筒内流动产生的热膜阻，hint是通过第二公式计算得到的，所述第二公式为：其中，Nu表示努塞尔数，di表示井筒内直径。可选地，所述方法还包括：采用试估—校正法，对三维地质数值模型进行识别验证。可选地，所述采用试估—校正法，对三维地质数值模型进行识别验证，包括：基于监测井的水位和温度的监测数据，通过调整三维地质数值模型的参数值，对比研究区监测数据和模拟数据，根据拟合情况重复修正参数值，直至模拟数据与监测数据之间的差距小于预设值。可选地，在采用试估—校正法，对三维地质数值模型进行识别验证之后，所述方法还包括：计算热储在不同采灌模式下的响应机制，进行开采井热突破预测，采灌量调整，布井方案优化和热储可采资源量评价。第二方面，本专利技术实施例还提出一种城市尺度地热田群井系统高效数值模拟装置，包括：建立模块，用于获取地热田的地质资料，根据所述地质资料确定三维地质数值模型的计算区范围，再根据地质剖面图建立研究区的三维地质数值模型；第一确定模块，用于根据水位、温度等值线图，确定所述三维地质数值模型的水—热初始条件；分区模块，用于根据研究区断层带位置和热储层的富水性差异，对热储参数进行分区，并区分热储层和热盖层；第二确定模块，用于根据研究区热储层地热地质构造特征、地热形成机理、水文地质条件，分析确定整个模拟热储系统的水—热边界条件；简化模块，用于根据地热井的成井和测井资料，将地热井简化为一维线性几何，按照地热井分布图和坐标，将地热井线性几何添加到所述三维地质数值模型中；第一设置模块，用于为每一眼地热井设置温度和流体的流入流出边界条件，地热井中的流体与周围岩体的换热过程采用等效换热系数考虑，套管和砂浆层的影响也包含在等效换热系数中；第二设置模块，用于为所述三维地质数值模型设置时间周期函数，将每年离散成供暖季和非供暖季两个时间段。可选地，所述装置还包括：验证模块，用于采用试估—校正法，对三维地质数值模型进行识别验证。可选地，所述装置还包括：调整模块，用于计算热储在不同采灌模式下的响应机制，进行开采井热突破预测，采灌量调整，布井方案优化和热储可采资源量评价。第三方面，本专利技术实施例还提出一种电子设备，包括：处理器、存储器、总线及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序；其中，所述处理器，存储器通过所述总线完成相互间的通信；所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法。第四方面，本专利技术实施例提供一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述方法。由上述技术方案可知，本专利技术实施例提供的一种城市尺度地热田群井系统高效数值模拟方法及装置，通过获取地热田的地质资料，根据地质资料确定三维地质数值模型的计算区范围，再根据地质剖面图建立研究区的三维地质数值模型；根据水位、温度等值线图，确定三维地质数值模型的水—热初始条件；根据研究区断层带位置和热储层的富水性差异，对热储参数进行分区，并区分热储层和热盖层；根据研究区热储层地热地质构造特征、地热形成机理、水文地质条件，分析确定整个模拟热储系统的水—热边界条件；根据地热井的成井和测井资料，将地热井简化为一维线性几何，按照地热井分布图和坐标，将地热井线性几何添加到所述三维地质数值模型中；为每一眼地热井设置温度和流体的流入流出边界条件，地热井中的流体与周围岩体的换热过程采用等效换热系数考虑，套管和砂浆层的影响也包含在等效换热系数中；为所述三维地质数值模型设置时间周期函数，将每年离散成供暖季和非供暖季两个时间段。由此，可以对城市尺度地热田群井系统进行高效数值模拟，解决了城市尺度地热田三维模拟的网格剖分和计算速度的难题，能够实现计算城市尺度复杂地质条件下的“多采多灌”问题。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些图获得其他的附图。图1为本专利技术一实施例提供的一种城市尺度地热田群井系统高效数值模拟方法的流程示意图；图2为典型地热井的成井结构示意图；图3为本实施例提供的将地热井简简化为一维线性几何的示意图；图4为本实施例提供的实际模型和简化模型的网格剖分对比示意图；图5为本实施例提供的实际模型和简化模型在监测点处的温度变化曲线的示意图；图6为本实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种城市尺度地热田群井系统高效数值模拟方法，其特征在于，包括：获取地热田的地质资料，根据所述地质资料确定三维地质数值模型的计算区范围，再根据地质剖面图建立研究区的三维地质数值模型；根据水位、温度等值线图，确定所述三维地质数值模型的水—热初始条件；根据研究区断层带位置和热储层的富水性差异，对热储参数进行分区，并区分热储层和热盖层；根据研究区热储层地热地质构造特征、地热形成机理、水文地质条件，分析确定整个模拟热储系统的水—热边界条件；根据地热井的成井和测井资料，将地热井简化为一维线性几何，按照地热井分布图和坐标，将地热井线性几何添加到所述三维地质数值模型中；为每一眼地热井设置温度和流体的流入流出边界条件，地热井中的流体与周围岩体的换热过程采用等效换热系数考虑，套管和砂浆层的影响也包含在等效换热系数中；为所述三维地质数值模型设置时间周期函数，将每年离散成供暖季和非供暖季两个时间段。

【技术特征摘要】
1.一种城市尺度地热田群井系统高效数值模拟方法，其特征在于，包括：获取地热田的地质资料，根据所述地质资料确定三维地质数值模型的计算区范围，再根据地质剖面图建立研究区的三维地质数值模型；根据水位、温度等值线图，确定所述三维地质数值模型的水—热初始条件；根据研究区断层带位置和热储层的富水性差异，对热储参数进行分区，并区分热储层和热盖层；根据研究区热储层地热地质构造特征、地热形成机理、水文地质条件，分析确定整个模拟热储系统的水—热边界条件；根据地热井的成井和测井资料，将地热井简化为一维线性几何，按照地热井分布图和坐标，将地热井线性几何添加到所述三维地质数值模型中；为每一眼地热井设置温度和流体的流入流出边界条件，地热井中的流体与周围岩体的换热过程采用等效换热系数考虑，套管和砂浆层的影响也包含在等效换热系数中；为所述三维地质数值模型设置时间周期函数，将每年离散成供暖季和非供暖季两个时间段。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述等效换热系数是通过第一公式计算得到的，所述第一公式为：其中，r0为套管内径，r1为套管外径，r2为砂浆层外径，k1为套管的导热系数，k2为砂浆层的导热系数，hint表示流体在井筒内流动产生的热膜阻，hint是通过第二公式计算得到的，所述第二公式为：其中，Nu表示努塞尔数，di表示井筒内直径。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：采用试估—校正法，对三维地质数值模型进行识别验证。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述采用试估—校正法，对三维地质数值模型进行识别验证，包括：基于监测井的水位和温度的监测数据，通过调整三维地质数值模型的参数值，对比研究区监测数据和模拟数据，根据拟合情况重复修正参数值，直至模拟数据与监测数据之间的差距小于预设值。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在采用试估—校正法，对三维地质数值模型进行识别验证之后，所述方法还包括：计算热储在不同采灌模式下的响应机制，...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵志宏，刘桂宏，浦海，康凤新，窦子豪，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11