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随着对可靠、可持续且环境影响小的能源需求的增加，地热能的发展备受关注。增强型地热系统（EGS, i.e., the enhanced geothermal system）是提取地热能的主要技术之一。然而，传统的数值模拟方法在研究和设计高效EGS时面临计算负担大、时间长的问题。因此，提高计算效率和减少计算时间对于EGS的快速设计和优化过程至关重要。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李清全在导师滕柏路教授的指导下，在动态热影响体积（DTIV, i.e., the dynamic thermal influence volume）概念的基础上，结合嵌入式离散裂缝模型（EDFM, embedded discrete fracture model），提出了一种快速数值模拟方法DTIV-EDFM，该方法首先通过求解程函方程来计算每个时间步下的DTIV，随后在DTIV区域内进行采热模拟。由于提出的方法仅在DTIV区域内的进行采热模拟，模拟模型尺寸极大地减。佣灾岣吡思扑阈。基于提出的方法，作者们研究了不同地质、工程参数下ESG的采热性能，并将模拟结果与传统的数值模拟方法进行了对比。取得了如下主要创新性认识：

1. 推导了用于追踪地热储层内热锋的传播的程函方程（式1）。使用快速行进法 (FMM) 可以有效求解该方程，以确定给定时间的动态热影响体积 (DTIV)（图1）；

2. 时间转换因子(β)的选择对于平衡精度和计算效率至关重要。在本研究中，β = 4 被确定为最佳值，可确保最小误差，同时保持计算效率。可以根据特定的油藏条件调整此参数以进一步优化性能。（图2）。

3.DTIV-EDFM方法通过仅模拟热传递的重要区域（即DTIV）内的采热过程，与传统 EDFM方法相比，在计算效率方面具有显著优势。该方法显著减少了所需的计算网格数量，即使在复杂的裂缝网络场景中，也能在保持准确性的同时加快模拟速度(图3)。

式1 用于追踪地热储层内热锋的传播的程函方程

式中，α为热扩散率；τ为热前缘的传播时间（即扩散飞行时间）。

(a) 前缘时间分布示意图; (b-d) 确定每个时间步的 DTIV.

图1 使用前缘时间分布确定DTIV边界

(a) 相对误差对比; (b) 计算时间对比.

图2 不同时间转换因子下的DTIV-EDFM方法与传统EDFM方法的相对误差和计算时间比较

图3 EDFM方法和DTIV-EDFM方法对不同基质比热容模型的采热模拟时间对比

该研究受到国家自然科学基金（52474051）的资助。成果发表于国际石油工程领域权威期刊《SPE Journal》上，Qingquan Li（第一作者）; Bailu Teng*（通讯作者）. Rapid Numerical Simulation of Heat Transfer in Fractured Geothermal Reservoirs Based on Dynamic Thermal Influence Volume. SPE Journal, 2024: 1-13, [IF2023=3.6].

全文链接：https://doi.org/10.2118/225444-PA