地质能源清洁利用数值模拟实例

本书以地热开采利用、压缩空气含水层储能、CO2地质封存为例，描述数值模拟技术在地质能源清洁利用、能源储存、环境保护（温室气体减排）等方面的应用。在简单介绍基础理论知识、研究现状、TOUGH软件的基础上，重点详细分析和描述实际模拟案例的建模过程与结果分析。

第1章地质能源及清洁利用1
1.1地质能源概念1
1.2地质能源清洁利用类型与现状1
1.2.1地热能1
1.2.2压缩空气储能7
1.2.3CO2地质封存15
第2章地质能源利用数值模拟方法与工具20
2.1基本理论20
2.1.1多相流达西定律20
2.1.2地球化学模拟理论23
2.1.3力学模型29
2.1.4温度场-水力场-力学场-化学场耦合方法32
2.2TOUGH软件简介41
2.2.1功能41
2.2.2质能守恒方程43
2.2.3其他程序模块44
2.3网格生成及数据前后处理46
2.3.1mView——强大的前后处理软件46
2.3.2TOUGHMESH——网格生成软件47
第3章地热开采利用模拟应用49
3.1地热开采的历史拟合及未来开采预测49
3.1.1场地水文地质背景49
3.1.2研究区模型建立51
3.1.3初始边界条件54
3.1.4模型自然状态数值模拟56
3.1.51981~1993年生产历史拟合模拟65
3.1.6未来开采预测模型74
3.1.7总结与建议89
3.2地热开采模拟参数敏感性分析90
3.2.1基本模型设置91
3.2.2不同开采流量、注采方式和注入水温度敏感性分析93
3.2.3渗透率对地热开采的影响101
第4章压缩空气含水层储能111
4.1压缩空气含水层储能评价方法111
4.2压缩空气含水层储能可行性模拟分析117
4.2.1压缩空气含水层储能过程模拟分析117
4.2.2含水层和盐洞储气库储能效率对比分析126
4.3含水层地质条件影响因素分析131
4.3.1含水层系统结构131
4.3.2含水层介质渗透性133
4.3.3含水层埋深140
4.3.4含水层原生矿物类型145
4.4系统操作影响因素分析146
4.4.1工作井设计影响分析146
4.4.2初始气囊体积的影响154
4.4.3注气量对系统可持续循环次数的影响156
4.4.4注气速率对系统可持续循环次数的影响157
4.4.5注气温度对系统的影响160
4.5系统改造与优化分析165
4.5.1含水层介质改造165
4.5.2CO2的利用优化184
4.6机遇与挑战185
4.6.1我国压缩空气含水层储能技术的应用潜力185
4.6.2压缩空气含水层储能技术存在的问题和发展方向186
第5章CO2地质封存188
5.1CO2混合N2和O2注入含水层的多相多组分模拟188
5.1.1场地概况188
5.1.2模型建立189
5.1.3计算结果192
5.2鄂尔多斯盆地神华CCS示范项目THM耦合模拟200
5.2.1场地概况200
5.2.2模型建立200
5.2.3计算结果203
5.3毛细压力及相对渗透率滞后效应影响分析207
5.3.1模型建立与网格剖分207
5.3.2初始条件与边界条件208
5.3.3模型验证对比方案209
5.3.4不考虑残余气相饱和度的无滞后与相对渗透率滞后对比方案211
5.3.5相对渗透率滞后对比方案218
5.3.6残余气相饱和度计算选择225
第6章模拟工具说明及操作示例227
6.1TOUGH+CO2部分输入关键词格式说明227
6.1.1开始和结束关键词227
6.1.2内存分布关键词227
6.1.3多孔介质属性关键词230
6.1.4网格相关233
6.1.5初始条件和边界条件235
6.1.6源汇项相关238
6.1.7计算控制参数239
6.1.8输出信息244
6.1.9相对渗透率和毛细压力计算函数246
6.2TOUGH2Biot中力学模型有限元离散250
6.2.1三维力学数学模型250
6.2.2三维力学模型有限元离散253
6.3mView安装使用案例258
6.3.1mView安装258
6.3.2mView界面-功能介绍259
6.3.3mView案例操作264
6.4TOUGHMESH使用案例287
6.4.1一般使用步骤287
6.4.2二维网格生成所需的文件格式287
6.4.3程序界面及功能292
6.4.4网格生成案例操作295
参考文献299