双重介质热-水-力三维耦合模型及应用

赵延林¹，王卫军¹，赵阳升²，高文华¹

1. 湖南科技大学煤矿安全开采技术湖南省重点实验室能源与安全工程学院2. 太原理工大学采矿工艺研究所

摘 要：在建立双重介质热-水-力耦合微分控制方程的基础上,提出了高温岩体地热开发系统热-水-力耦合的双重介质模型,对不同的介质分别建立以结点位移、水压力和温度为求解量的三维有限元格式,提出了该数学模型的求解策略与方法,开发了双重介质热-水-力耦合分析的的三维有限元计算程序DTHM.for,对地下-6km的高温岩体地热开发进行了详细的数值分析,结果表明:随地热提取,岩体裂缝法向应力逐渐降低、裂缝宽度成非线性增长;开始运行阶段,拟连续基岩介质内水压上升滞后,1a左右,整个系统水压保持稳定,以固定的压力梯度流动,在注入井和生产井附近区域水压力梯度较大,达0.046MPa/m,而在中间区域相对平缓,平均水压梯度约0.011MPa/m;在地热开采过程中,温度整体呈下降趋势,在生产井附近区域,温度呈非线性降低,与时间呈负指数关系下降趋势,而在注入井附近区域温度呈线性下降.

关键词：热-水-力耦合模型;双重介质;有限元法;三维数值模拟;高温岩体;