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近日，中國科學院廣州能源研究所聯(lián)合中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所、中國石油大學（北京）、中石油深圳新能源研究院在地熱資源評價方法方面取得新進展。該研究通過結合地下滲流數(shù)值模擬技術與高斯核密度估計方法，提出了動態(tài)地熱資源評價新方法。

傳統(tǒng)的地熱資源評估方法，如美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）在20世紀70年代提出的體積法，雖然在早期項目評估中發(fā)揮了重要作用，但在處理地質(zhì)不確定性和開采過程中的動態(tài)變化方面存在明顯不足。該研究提出的新方法結合了數(shù)值模擬技術和高斯核密度估計（Gaussian Kernel Density Estimation ，KDE）方法，不僅考慮了儲層的非均質(zhì)性，還模擬了在儲層物性參數(shù)不確定性條件下的流體流動和熱量傳遞過程，為地熱資源的動態(tài)評估提供了一種新方法。

其中，數(shù)值模擬是該方法的核心。通過模擬地熱儲層中的流體流動和熱量傳遞過程，該方法能夠精確地模擬地熱系統(tǒng)在實際操作中的響應。這包括了對儲層幾何結構的復雜性、流體流動的物理特性以及熱傳遞機制的綜合考慮。在使用該方法進行動態(tài)資源評估過程中，采用了地下滲流數(shù)值模擬軟件Delft Advanced Research Terra Simulator（DARTS）。研究團隊成員田小明為該軟件主要開發(fā)者之一。DARTS是一款基于有限體積法的多相多組分模擬器，集合了“基于算子的線性化方法”（OBL）、“約束壓力殘差法”（CPR）等多種高效算法，有效整體提升數(shù)值模擬過程的計算效率。

地下滲流數(shù)值模擬軟件DARTS

為了量化評估過程中的不確定性，該研究引入了高斯KDE方法。該方法可以估算在特定條件下（如熱突破閾值、固定儲層壽命和目標熱量產(chǎn)出）的概率密度函數(shù)，不僅提高了對地熱儲層復雜性的理解，還為資源評估提供了更可靠的概率分布。

動態(tài)地熱資源評價中的各項指標

研究團隊通過在一系列簡單均質(zhì)模型和復雜非均質(zhì)模型中的應用，展示了新評估方法的有效性。結果表明，增加生產(chǎn)井和注入井之間的距離，可以有效延長儲層的使用壽命、提高最終生產(chǎn)井的溫度，并增加能量產(chǎn)出。此外，研究還發(fā)現(xiàn)，垂直于高滲透性河道進行地熱對井的布置可提高儲層的產(chǎn)能，從而優(yōu)化井位布局策略。

以Brugge模型為例進行動態(tài)資源評價

相關研究成果發(fā)表在地熱領域期刊Geothermics（論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2024.103017）。該論文的第一作者為廣州能源所地熱能研究室田小明，通訊作者為中國科學院地質(zhì)與地球物理研究所孔彥龍和廣州能源所龔宇烈。研究獲得第三次新疆綜合科學考察項目、國家自然科學基金項目、中國科學院青年創(chuàng)新促進會等項目的支持。