中深层U型对接井“取热不取水”技术研究

以河北工程大学U型对接井闭式换热试验为例,介绍了中深层“取热不取水”技术特点和研究成果。研究表明,大口径长水平距离的U型闭式对接井,换热量大、运行稳定,成功解决了中深层水热型砂岩回灌量小、破坏地下水资源的难题,也解决了单井同轴管模式换热量小、热量衰减快的难题。这种改进的中深层地热采热技术,实现了“取热不取水”,成为地热资源可持续发展探索的新方向,可以在全国范围内推广应用。实际应用时,应做好地热井勘查工作,可通过增加井深、水平段距离及循环水流量、降低注水温度等技术手段提高换热量。

关于开发利用中深层地热取热不取水技术的思考

本次研究主要以中深层地埋管换热系统、异井抽灌换热系统和同井抽灌换热系统为基础,提出中深层地埋管“d”型井换热系统、异井抽灌换热系统双层热储开发模式和同井抽灌换热系统双层热储开发模式,并对三种换热系统的经济可行性进行对比分析。结果表明:异井抽灌系统经济性最好,同井抽灌系统次之,中深层地埋管换热系统最差;取热不取水系统不同于抽采取热系统,其不但会降低地层温度,存在井距、开采强度及冷堆积问题,而且在径流条件好的地区还可能存在冷迁移问题;为降低系统全寿命周期成本、提高系统能效和系统可持续性,可考虑系统分层取热模式。

试论分级固井技术在“取热不取水”地热井施工中的应用

阐述分级固井技术的含义、施工工艺及其优点,详细介绍JZ-01号地热井的地质情况、井深结构以及在钻井过程中遇到的问题,从主要设备及套管串设计、固井准备、固井施工、钻塞、突出特点等方面具体探析地热井分级注水泥固井工艺流程。

地热井同轴高效取换热双层保温管柱工具的研究

同轴取换热双层保温管柱是一种能100%实现地热井闭环“取热不取水”效果的地热井开发工具,由外管、保温内管和底部密封开关器组成。与BLD系列地热井用高效保温钢管、耐高温高压复合保温管、钢套钢直埋保温管、高温蒸汽真空保温管等工具相比,具有低导热系数、高取热效率、密封性能好、可重复利用的特点,实现经济效益、社会效益和环境效益的统一,可有效助力京津冀地区地热资源开发,为我国实现碳中和、碳达峰战略目标做出贡献。

大庆油田地热资源潜力及开发利用方向

随着碳达峰、碳中和目标的提出,大庆油田大力推动新能源业务发展,确定了“清洁替代、战略接替、绿色转型”三步走战略,“十四五”期间力争实现可再生能源利用总量达到油田总耗能量的35%以上,地热资源是实现“清洁替代”的现实领域。松辽盆地北部平均地温梯度3.8℃/100m,是中低温传导型热盆,纵向上发育三种热储层类型,第一种类型以青二三段和姚家组含水砂岩为主,深度1000~2000m,地层温度40℃~80℃;第二种类型以泉二段及以下致密层为主,深度2000~3500m,地层温度80℃~150℃;第三种类型以基底花岗岩为主,深度3500~6000m,地层温度大于150℃,具备“清洁替代”的潜力和基础。地热水采用砂岩回灌技术实现采灌平衡、地热能采用和密闭管道方式实现循环取热,达到民用供暖和生产用能清洁替代的目标,真正实现“取热不取水”。

基于同层回灌的中深层地热能清洁供暖系统设计

河北省自然资源厅印发的《河北省地热水资源保护与开发利用规划(2018-2020年)》要求,地热尾水需全部回灌且回灌量不低于95%,省内百余座中深层地热井无法继续使用。设计并建成了同层回灌的中深层地热能清洁供暖系统,通过能量梯级利用,与热泵耦合,系统COP可达4.72,实际供热面积19700 m^(2),运行效果良好。为实现中深层地热井取热不取水提供新的途径。

关中地区中深层地热钻井开发与发展趋势

提高钻井技术水平是降低地热开发成本最重要的手段,针对关中地区地热开发产生的新问题和新要求,结合关中地区中深层地热钻井井型、完井工艺、封固止水方面的技术现状,分析钻井设备、钻进工艺、采水取热的开发方式、落后的止水工艺中存在问题和现有技术瓶颈,认为钻井及其配套技术是关中地区中深层地热产业化、规模化开发的关键突破点,在现有钻进工艺基础上,要研发换热定向钻井、多工艺地热钻进等技术;变革地热开发观念,发展同心管换热和水平对接井换热等真正取热不取水的开发方式;未来钻井设备将走向模块场地集约、电控变频顶驱化发展。

层状热储大体积单井循环换热循环动力设备扬程模拟计算

本文以国内外现有裂隙热储和层状热储循环换热模型为基础,提出一种适用于河北平原馆陶组层状热储非稳定隔水层空间大体积单井循环换热取热不取水技术。该技术利用封隔器将热储段以隔水层为界分为上下两层,中间下入保温管,下抽上灌,顶端为井下换热器,以软水为换热介质,通过换热器换取地热流体中热量,达到取热不取水的目的。以河北东部平原地热井为例,按照黄金分割比例配置保温管外径,根据管材结构、流体流速、黏性系数、运动黏度等确定雷诺数,绘制莫迪图,划分流体状态,选择沿程阻力系数经验公式,模拟地热流体沿程水头损失、局部水头损失、水头提升值和动能水头,确定循环动力设备扬程。同时发现,局部水头损失为沿程阻力水头损失的0.23%~0.44%,水头损失以沿程阻力水头损失为主;当循环流量分别为30 m^(3)/h和50 m^(3)/h时,扬程分别为121.631 m和168.191 m。