文章来源
Seyedrahimi-Niaraq M, Ardejani F D, Noorollahi Y, et al. An unsaturated three-dimensional model of fluid flow and heat transfer in NW Sabalan geothermal reservoir[J]. Geothermics, 89: 101966.
全文导读
本文根据10口深探井的数据，建立了一个包含上覆非饱和渗流带的西北(北西)萨巴兰地热系统的三维数值模型。
图1 西北萨巴兰地热系统的地理位置
为实现这一目标，利用Tough2模拟器的EOS3(水-空气状态方程)模块开发模型。该模型由长11.5公里、宽8公里的矩形棱镜构成，深度从3.8-5.11公里不等。21个厚度范围为100-1000m的水平层，从最大高度4110扩展到-1000 masl。根据从探井中获得的岩石单元和地质构造的可用性数据，统计出模型中总共分布了22种岩石类型。这些岩石类型的渗透率变化从1.0×10-17至9.0×10-13平方米。模型最初运行是为了匹配水库的自然状态。探井实测数据与地下温度、压力模型结果吻合较好。
图片表1 西北萨巴兰地热田深井勘探资料
在校准模型中，该区域东南部（勘探点D和E下方）存在一个高温上升流区。这个流上升到地表通过透水区、裂隙和断层,最后出现在地球表面的温泉在西北地区的一部分。然后，该模型作为初始模型，用于预测50 MWe情况下的储层动态。结果表明，布置两口补注井可使该储层发电量达到约45兆瓦，并保持30年以上。
图2 萨巴兰山西部和西北部的地质图（基于KML，1999）和断层图详情（根据EDC，2010）。地热井编号和断层以粗体字母显示。地质图上的字母A、B、C、D和E代表勘探井场
图3 西北萨巴兰地热田概念模型
结果讨论
截面图中的温度变化表明，随着上升流区及其周围较高水平的不饱和区的增加而逐渐发生的。非饱和带的温度达到15℃。从这部分的块体中可以看出，在特定深度的块体的温度是不一样的。在不同的水平上，块体具有不同的温度，这肯定会直接影响模型验证和不同岩石类型的渗透率。
图4 模型中的温度分布（℃）和模拟的质量流动方向（白色箭头）。a） 剖面AB（西北-东南），b）剖面CD平行于断层NNW2显示
图5a和图5b分别以kg/s/m2和W/m2为单位显示了质量和热流模式，以及沿NNW2断层的垂直截面CD中的热量分布。考虑到这一部分包括一个故障，它显示了这个故障对流量传输的作用。图5a显示了非饱和带内的质量流减弱，以及从有限流量流出的流量。南部区域的一部分流体向下移动到较低的海拔，并形成一个下游区域。然后流回水库。此外，在图6中的不同切片平面上显示了质量流模式。这些图表明，水流从D和E场地的井底向上移动，穿过该断层，北部的渗透带和断裂带，流量来自该部分。
图5 断面CD（断层NNW2方向）模型中的温度分布（oC）和模拟的质量（a）和热量（b）流动模式图片
图6 模型中不同层面上的质量流动模式
图7和图8显示了QQ、NN、KK、HH、DD和TP1层层位中心在自然状态下的模拟温度分布。在低海拔地区，NE5、NW3、NW4和NNW2断层对流体向上运动起着重要作用。例如，在这些图中，井探测到的主要断层的位置显示在GG和HH层上。安山岩、粗面岩、火成碎屑岩和拉哈尔岩石单元在1850≯2400 masl（包括AA、BB、CC和DD层）中充当盖层。流体向上穿过这些层的渗透带和断裂带。在海拔3000 masl以上时，流体温度接近15℃的初始平均温度。
图7 模型的平面图模拟了非饱和自然状态模型的温度：（TP2到GG层）
图8 模型平面图模拟温度为非饱和自然状态模型：（HH到QQ层）
