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石油科学通报2024年6月第9卷第3期：476-486

渗透率各向异性对地热电池高效储能发电系统的影响

1,21,21,21,2*34

甘泉，刘艳婷，马跃强，汪涛，胡大伟，郅胜

1重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室，重庆400044

2重庆大学资源与安全学院，重庆400044

3中国科学院武汉岩土力学研究所，武汉430071

4中国华融国际控股有限公司，香港999077

*通信作者,wangtao.oil@

收稿日期:2023-02-15；修回日期:2023-06-07

科技部重点研发计划(2021YFC3000603)、国家自然科学基金委面上项目(5217041034)、四川省重点项目(2022YFSY0008)、中国石油科技

创新基金(2023DQ02-0206)和中国博士后科学基金第72批面上资助(2022M720555)联合资助

摘要在当前能源转型的大背景下，清洁能源利用的创新技术市场日益扩大。地热电池储能发电技术有望解决

太阳能、风能等可再生能源间歇性问题，受到清洁能源领域的关注。地热电池储能系统利用沉积地层中形成的

低渗透率、低孔隙度的盖层和基层以及高渗透率、高孔隙度的中间储层实现热水的储存。这些热水创造了一个

高温地热储层，已有研究表明这些储热可以高效回收，甚至可能实现长期甚至季节性的存储。在沉积结构中，

其物理特征等方面存在十分明显各向异性，其中渗透率各向异性在流体的流动过程中发挥着重要作用。因此，

研究渗透率各向异性对储能产能的影响至关重要。本研究利用TOUGHREACT-FLAC3D耦合软件建立了地热储

能温度场—渗流场—应力场(THM)多场耦合模型，模拟了4种渗透率各向异性的情况，并分析了4种条件下热

水注入和生产中热水流动路径、温度和压力的分布以及发电效率。结果表明：(1)渗透率各向异性对注采过程中

压力的演变有强烈的影响，压力锋面在渗透率大的方向快速移动，而且各向异性越小，储层等效渗透率越大，

注入热水需要的压力越小。(2)热水流动优先在渗透率大的方向流动，温度和压力的传播与热水流动方向一致，

但是温度分布主要由流体流动的方向决定，在流动过程中热水用于加热初始环境中较冷的岩石和水造成热量损

失，所以渗透率各向异性对储层温度的分布情况影响较小。(3)储层的岩石在高温热水的作用下发生膨胀，其孔

隙压力恢复值随温度的升高逐渐高于储层初始的孔隙压力(12MPa)。(4)在进行的30个注采循环结束后渗透率各

向异性为1000时产生的电量最高可以达到5.2MW。因此，在地热电池储能系统进行选取时，选择水平方向与

垂直方向渗透率各向异性大的储层产能效率更高。

关键词地热电池；渗透率各向异性；地热储能；可再生能源；数值模拟

中图分类号：P314;TM616

Influenceofpermeabilityanisotropyonhigh-efficiencyenergystorage

powergenerationsystemofgeothermalbattery

1,21,21,21,234

GANQuan,LIUYanting,MAYueqiang,WANGTao,HUDawei,ZHISheng

引用格式：甘泉,刘艳婷,马跃强,汪涛,胡大伟,郅胜.渗透率各向异性对地热电池高效储能发电系统的影响.石油科学通报,2024,03:476-486

GANQuan,LIUYanting,MAYueqiang,WANGTao,HUDawei,ZHISheng.Influenceofpermeabilityanisotropyonhigh-efficiency

energystoragepowergenerationsystemofgeothermalbattery.PetroleumScienceBulletin,2024,03:476-486.doi:10.3969/

j.issn.2096-1693.2024.03.035

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