不同注入条件下二氧化碳羽流地热系统的渗流与传热特性

《Energies》：Seepage and Heat Transfer Characteristics of CO2 Plume Geothermal Systems Under Different Injection Conditions

　　

摘要

二氧化碳羽流地热系统（CPGS）由于兼具碳封存和高效传热的双重效益，在地热能源提取方面具有巨大潜力。现有研究主要集中在地热系统的宏观模型上，对于真实热储层岩心在 CPGS 热量提取性能方面的评估有限。本研究通过实验与数值模拟相结合的方法，研究了不同注入条件下 CO₂ 的渗流和传热特性。实验结果表明，在测试条件下，与蒸馏水相比，CO₂ 的传热能力高出 20–50%。传热能力随注入流量的增加而增加，而在高速渗流条件下，注入温度的影响相对有限。具体而言，在低注入流量下，较低的注入温度会导致更高的传热能力，这是因为 CO₂ 与储层岩石之间的热驱动力增加。微观渗流传热模拟表明，注入流量的增加提高了 CO₂ 在孔隙网络内的流速，扩大了波及体积，从而增强了对流换热并增加了有效换热面积。此外，较高的储层温度在工作流体与岩石之间建立了更大的温度梯度，从而增强了 CO₂ 与储层岩石之间的传热。本研究的发现为优化 CPGS 设计提供了宝贵见解，特别是在理解注入条件对传热能力的影响方面，具有重要的工程实践和理论意义。