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一个完整的增强型地热系统通常由直井段（包括注水井和生产井）、水平井段以及多个水力裂缝组成（图1）。然而，由于计算资源的限制，许多研究往往将重点放在裂缝段的传热行为上，而忽略了井筒段的热相互作用。这种简化可能导致对增强型地热系统整体采热性能的评估出现偏差，尤其是在长期运行或复杂地质条件下。因此，综合考虑井筒段与裂缝段的热交换过程对于提高系统性能预测的准确性至关重要。针对这一关键科学问题，亚搏体育官网入口app能源学院博士研究生梁彦忠在导师滕柏路副教授的指导下，通过结合格林函数和有限差分法提出一个具有高计算效率的半解析模型。在该模型中，只需要对井筒和裂缝进行离散化，无需离散地层。借助于该模型，研究了注入流量、注入温度、地温梯度、导热系数、裂缝数等因素对采热性能的影响。取得了如下主要创新性认识：

1. 通过将构建的半解析模型与常规数值模型和简化数值模型进行对比验证。结果表明，三种模型计算的出口温度具有高度一致性，验证了模型的可靠性。此外，在验证过程中，分别记录了三种模型的运算时间：半解析模型仅需12秒，常规数值模型为140秒，简化数值模型为189秒。这一对比充分表明，半解析模型在保证计算精度的同时，显著提高了计算效率，展现出其在计算速度和准确性方面的优势（图2）。

2. 随着生产的进行，注采井附近的热影响区域呈放射状扩大。进入生产井的流体温度呈现出先升高后降低的变化特点，因此在生产井中可以找到一个流体温度的拐点（图3）。此外，经历过长时间生产后，由于热干扰的影响，处于中间位置的裂缝温度明显低于两侧位置的裂缝温度。

3. 各向异性导热系数主要影响裂缝段的温度变化。在等效各向同性导热系数不变的情况下，垂直于裂缝方向的导热系数越大，采热效率越高。在给定的采热面积下，裂缝数量越多，初始出口温度越高，温度下降越快。在本研究中，当断裂数增加到6条以上时，总采热量的增加可以忽略不计（图4）。

图1 集成型增强型地热系统模型示意图

(a) 常规和简化数值模型的离散化示意图；(b) 三种模型出口温度的对比。

图2 半解析模型与常规和简化数值模型的计算结果的对比图。

图3 不同生产时间下注入井和生产井附近的温度场变化。

(a) 2条裂缝；(b) 4条裂缝；(c) 6条裂缝；(d) 8条裂缝。

图4 第25年不同裂缝数量对x-y平面（深度3000m）温度分布的影响。

该研究受到国家自然科学基金（52104043）和（52474051）的资助。成果发表于国际石油工程领域国际权威期刊《SPE Journal》上，Yanzhong Liang（第一作者）; Bailu Teng*（通讯作者）; Dan Dai; Jialin Shi*（通讯作者）. Study of the Heat Extraction Performance of Integrated Enhanced Geothermal Systems Based on a Novel Semi-Analytical Model [J]. SPE Journal, 2025: 1-20, [IF2023=3.2].

全文链接：https://doi.org/10.2118/224439-PA