1.不同套管间距的流体运移数值模拟结果及分析

该组模拟注水流量为150 m3/h，套管间距分别取10 m，20 m，30 m和40 m。

1）流场模拟结果分析

不同套管间距条件下的流场矢量图如图6-6所示。

图6-6　不同套管间距条件下腔内流场矢量图

由图6-6可以看出，不同套管间距的流体运移规律相似。在盐水产生的浮力作用下，从中心管注入的淡水明显地向腔体上壁面偏转运移，向上的运动受到腔体上壁面限制后，沿上壁面水平运移，此时的速度略有降低，一直运动到出水口位置。由于出水口的压强较小，在出水口排出卤水所形成的卷吸作用下，流体向下运移，在出水口的左端形成漩涡。由于腔内的盐水浓度越向下浓度越大，所以此过程中，盐水的浮力对向下运移的流体形成阻力，速度逐渐减小为0，然后折回到对流扩散区。在此区域内流体继续向右运移，一直运动到出水口，一部分流体经出水口流出，一部分流体在对流的驱动力作用下，继续向右运移，一直运移到进水口，与进水口注入的淡水混合。之后的运移重复上述的运动。流体的流动主要集中在进水口与出水口之间，因为该区域的流体浓度相对较低，浓度越低，流体的流速越高。同样道理由于腔体下壁面区域的流体浓度较高，流体的对流卷吸作用对该区域的影响作用较小，该区域的流速较小。该流场分布对应着腔内的浓度场和温度场分布。因此，水平盐岩溶腔内的流场是浓度场与温度场耦合作用的结果。

2）浓度场模拟结果分析

不同套管间距条件下的浓度场分布云图如图6-7所示。

图6-7　不同套管间距条件下的腔内浓度场分布云图

由图6-7可以看出，不同套管间距条件下水平溶腔的浓度场分布规律相同。由于流体运移在水平溶腔的影响范围有限，整个腔内左端的浓度较右端的浓度低，上半部分的浓度较下半部分的浓度低，下半部分的盐水浓度保持在较高的水平，将近达到了盐水的饱和浓度，进水口处的盐水浓度为腔内最低。在腔内高浓度盐水的浮力作用下，从中心管注入的淡水明显向腔体上部偏转运移，进入对流扩散区。该过程中淡水与腔内的高浓度盐水混合，浓度逐渐增大。到达腔体上部壁面后，混合盐水向两端扩散，浓度继续增大。最后随着流体继续运移，浓度相对保持稳定。水平溶腔腔内的盐水浓度分布对应着腔内的流场和温度场分布。在流速较大的区域，从中心管注入的淡水源源不断地补充进来，导致该区域的浓度较低；在温度较大的区域，充满着温度相对较高的盐水，说明该区域受注入淡水的影响较小，这就导致该区域的盐水浓度较高。因此，盐岩水平溶腔内的浓度场是流场与温度场耦合作用的结果。

3）温度场模拟结果分析

不同套管间距条件下水平溶腔的温度场分布云图如图6-8所示。

由图6-8可以看出，不同套管间距条件下的温度场分布规律相同。整个腔内的流体温度除了注水口上部位置处于较低水平外，其他区域的流体温度均较高，该温度与水平溶腔所处地层温度相同。在腔内高浓度盐水的浮力作用下，从中心管注入的低温淡水明显向腔体上部偏转运移，进入对流扩散区，到达腔体的上部壁面区域。该过程中温度较低的淡水与腔内温度较高的盐水混合，混合后温度逐渐增大。到达上部壁面后，混合盐水沿上壁面向腔体两端扩散，温度继续增大。最后随着流体继续运移，最终温度相对保持稳定。水平溶腔腔内流体的温度分布对应着流场和浓度场分布。在流速较大的区域，因为有源源不断的低温淡水补充进来，导致该区域流体的温度较低；在浓度较大的区域，充满着高浓度的盐水，该盐水的温度接近于水平溶腔所处地层的温度，该区域的温度处在较高的水平。因此，盐岩水平溶腔的流体温度场是流场和浓度场耦合作用的结果。

图6-8　不同套管间距条件下腔内的温度场分布云图

2.不同注水流量的流体运移数值模拟结果及分析

该组数值模拟套管间距20 m，注水方式采用正循环，注水流量分别取90 m3/h，120 m3/h，150 m3/h和180 m3/h。

1）流场模拟结果分析

不同注水流量条件下的流场矢量图如图6-9所示。

由图6-9可以看出，不同注水流量条件下水平溶腔的流体运移规律相似。由于盐水的浮力作用，注入的淡水明显地向腔体上部偏转运移，遇到腔体上壁面限制后，沿上壁面运移。在壁面运动过程中，不断与高浓度的盐水混合，速度逐渐降低，一直运动到腔体出水口附近，在出水口卷吸力的作用下，流体进入对流扩散区。由于腔内的盐水浓度越向下浓度越大，所以此过程中，盐水的浮力对向下运移的流体形成阻力，速度逐渐减小为0。在浮力的作用下，流体微粒折回到对流扩散区。此过程中，腔内会形成一个漩涡，向右继续运移的流体一部分流体经出水口流出，一部分继续向右运移，一直运动到中心管管口，与中心管注入的淡水混合。之后的运移重复上述的运动。

2）浓度场模拟结果分析

不同注水流量条件下的浓度场分布云图如图6-10所示。

图6-9　不同注水流量条件下的流场矢量图(www.daowen.com)

图6-10　不同注水流量条件下腔内浓度场分布云图

由图6-10可以看出，不同注水流量条件下的腔内浓度场分布规律相似。整个腔内的浓度，左端部较右端部高，上半部分较下半部分低。下半部分的盐水浓度保持在较高的水平，将近达到了盐水的饱和浓度，进水口处的盐水浓度为腔内最低。随着注水流量的增加，腔内低浓度区域的面积明显增大，腔内整体的平均浓度明显降低。在腔内高浓度盐水的浮力作用下，从进水口注入的淡水明显向腔体上部偏转运移，进入对流扩散区。该过程中淡水与腔内的高浓度盐水混合，浓度逐渐增大。到达腔体上部壁面后，混合盐水向两端扩散，浓度继续增大。最后随着流体继续运移，浓度相对保持稳定。水平溶腔的盐水浓度分布对应着流场和温度场分布，即流速较大的区域浓度较低，流速较小的区域浓度较高，温度较大的区域浓度较高，温度较小的区域浓度较低。因此，盐岩水平溶腔内的浓度场是流场与温度场耦合作用产生的结果。

3）度场模拟结果分析

不同注水流量条件下水平溶腔内的温度场分布云图如图6-11所示。

图6-11　不同注水流量条件下的温度场分布云图

由图6-11可以看出，不同注水流量条件下的水平溶腔内温度场分布规律相似。整个腔内除了注水口上部区域的流体温度较低以外，其他区域的流水温度均处在较高的水平。这主要是因为中心管注入的低温淡水在盐水浮力的作用下，迅速向腔体顶部运移，在此区域内低温淡水与高温饱和盐水经过混合变为浓度相对较低的盐水，下半部分的盐水温度在较高的水平，达到了所在岩层的温度，进水口处温度为腔内最低，随着注水流量的增加，腔内低温度区域的面积明显增大，腔内平均温度明显降低。在腔内高浓度盐水的浮力作用下，从中心管注入的低温淡水明显向腔体上部偏转运移，进入对流扩散区。该过程中低温淡水与腔内的高温盐水混合，温度逐渐增大。到达腔体上部壁面后，混合盐水向两端扩散，温度继续增大，最后随着流体继续运移，温度相对保持稳定。

3.不同循环方式的流体运移数值模拟结果及分析

该组数值模拟套管间距为20 m，注水流量取150 m3/h，注水方式分别采用正循环、反循环。

1）流场模拟结果分析

不同循环方式条件下腔内流场矢量图如图6-12所示。

图6-12　不同循环方式条件下腔内流场矢量图

由图6-12可以看出，不同循环方式下的流体运移规律仍然相似。反循环条件下，由于受到盐水产生的浮力作用，从中心管与中间管的环空区域注入的淡水同样明显地向腔体上壁面偏转运移，向上的运动受到腔体上壁面限制后，沿腔体上壁面向两端水平运移，此时的速度略有降低。运动到一定距离后，向下偏转运移，由于腔内的盐水浓度越向下浓度越大，所以此过程中，盐水的浮力对向下运移的流体形成阻力，速度逐渐减小为0，然后折回到对流扩散区，在进水所形成的的卷吸力作用下，一部分流体经中心管流出，一部分流体在对流的驱动力作用下，继续向右运移，一直运移到环空区域，与其注入的淡水混合，之后的运移重复上述的运动。流动主要集中在进水口与出水口之间，因为该区域流体的浓度相对较低，浓度越低，流体的流速越高。同样道理，由于腔体下壁面区域的流体浓度较高，流体的对流卷吸作用对该区域的影响作用较小，该区域的流速较小。该流场分布对应着腔内的浓度场和温度场分布。因此，盐岩水平溶腔内的流场是浓度场与温度场耦合作用的结果。

2）浓度场模拟结果分析

不同循环方式条件下的腔内浓度场如图6-13所示。

图6-13　不同循环方式条件下腔内浓度场分布云图

由图6-13可以看出，不同循环方式条件下的腔内浓度场分布规律相似。整个腔内除了进水口的浓度较低以外，其他区域的盐水浓度均比较高，同时进水口处的盐水浓度为腔内最低。随着循环方式的改变，反循环条件下的腔内低浓度区域的面积明显减小，腔内整体的平均浓度明显较大。在腔内高浓度盐水的浮力作用下，从中心管注入的淡水明显向腔体上部偏转运移，进入对流扩散区。该过程中淡水与腔内的高浓度盐水混合，浓度逐渐增大，到达腔体上部壁面后，混合盐水向两端扩散，浓度继续增大，最后随着流体继续运移，浓度相对保持稳定。水平溶腔的盐水浓度分布对应着流场和温度场分布，即流速较大的区域浓度较低，流速较小的区域浓度较高；温度较大的区域浓度较高，温度较小的区域浓度较低。因此，盐岩水平溶腔内的浓度场是流场与温度场耦合作用产生的结果。

3）温度场模拟结果分析

不同循环方式条件下水平溶腔内的温度场分布云图如图6-14所示。

图6-14　不同循环方式条件下的温度场分布云图

由图6-14可以看出，不同循环方式条件下的水平溶腔内温度场分布规律相似。注水口上部区域的流体温度较低，这主要是因为中心管注入的低温淡水在盐水浮力的作用下，迅速向腔体顶部运移，在此区域内，低温淡水与高温饱和盐水经过混合变为温度相对较低的盐水，其他区域的流体温度保持在较高的水平，将近达到了所在岩层的温度。随着循环方式的改变，腔内低温度区域的面积明显减小，腔内整体的平均温度明显增大。在腔内高浓度盐水的浮力作用下，从中心管注入的低温淡水明显向腔体上部偏转运移，进入对流扩散区。该过程中低温淡水与腔内的高温盐水混合，温度逐渐增大，到达腔体上部壁面后，混合盐水向两端扩散，温度继续增大，最后随着流体继续运移，温度相对保持稳定。