采灌均衡条件下地热资源潜力评价方法探讨——以雄安新区碳酸盐岩热储为例

回灌是保障地热资源可持续开发利用的关键手段,而采灌均衡条件下地热资源潜力评价方法研究对地热资源的可持续开发利用具有重要意义。本文通过引入热突破和考虑回灌条件下单井开采权益保护半径的概念,提出了回灌条件下地热资源可开采量的评价方法,并以雄安新区雾迷山组碳酸盐岩热储层为例,分别计算了未考虑回灌条件和考虑回灌条件下的地热流体可开采量、可开采热量及折合标煤量。结果显示采用开采系数法计算的未考虑回灌条件下的可开采量要远小于考虑回灌条件下的可开采量;考虑回灌条件下三种方法的结果对比为:热突破法>考虑回灌条件下单井开采权益保护半径(消耗15%)>考虑回灌条件下单井开采权益保护半径(热储温度下降2℃),考虑地热资源的可持续性以及对热储环境严格保护要求,按照考虑回灌条件下单井开采权益保护半径方法计算的雄安新区雾迷山组热储地热开采量更为适宜。目前全国各地陆续出台相关政策要求实施地热回灌,该方法的提出为科学评价各地回灌条件下的地热可开采量提供了技术支撑。

热储特征对砂岩热储采灌井距的影响-以济阳坳陷为例

水热型地热资源的回灌式开采是公认的地热可持续开采方式,而采灌井距是地热项目中需要着重关注的问题,以避免开采井中的热突破现象。回灌水在热储中的运移取决于热储特征,也就是储层的透水能力,主要指热储的孔隙度、渗透率及砂泥岩组合关系等参数。基于济阳坳陷典型地热田的储层数据,采用Tough2为核心的Petrasim软件建立数值模型,系统研究了储层孔隙度、渗透率及单砂体厚度对热储中回灌水的运移以及温度场的影响。模拟结果显示:(1)储层孔隙度对回灌压力与采灌井距几乎没有影响;(2)储层渗透率对采灌率和采灌压力影响较大,控制着热储的回灌能力,但对采灌井距没有影响;(3)多次叠置的薄砂层热储中的泥岩隔层影响回灌水运移,在多层薄砂叠置的热储中回灌水水平运移距离远,温度影响范围更大,应扩大采灌井距。该研究对地热开发项目的可持续运行具有指导意义。

岩溶热储合理采灌井距的热突破约束——以菏泽地热田为例

与煤炭、石油、天然气等传统化石能源相比,地热能具有资源储量大、分布广、可再生、开采条件好等优点。菏泽潜凸起地热田是山东省主要大型碳酸盐岩岩溶热储地热田之一,地热资源储量丰富。为保证地热资源可持续开发利用,本文基于郓城县武安府前小区、文昌苑社区岩溶热储地热采灌井全井段地温场长期动态监测,阐述了地温场变化规律及演化趋势,建立水-热耦合采灌对井数值模型,计算回灌工程合理采灌井距、合理采灌量,防止开采井运行期内发生热突破。结果表明,随着回灌年限的延长,回灌井周围热储温度逐年降低,回灌冷水影响范围逐渐扩大。将开采井热储温度降低1℃视为热突破,利用数值模型模拟预测,回灌低温冷水影响范围随采灌工程运行逐渐扩展并到达开采井附近。随着采灌量的增加或采灌井间距的减小,开采井周边的低温范围逐渐增大,产生热突破的时间逐渐缩短。热突破时间t与回灌量Q呈幂函数减小、与采灌井间距R呈指数函数增长。采灌量50 m^(3)/h,采灌井距大于350 m可保证对井系统运行100年不发生热突破;采灌量70 m^(3)/h、90 m^(3)/h、120 m^(3)/h、150 m^(3)/h、180 m^(3)/h时,100年不发生热突破的合理采灌井距分别为400 m、425 m、475 m、500 m、550 m。该结论为采灌井合理布局、地热资源可持续循环开发提供科学依据。

基于采灌均衡模拟的砂岩热储合理采灌井距计算方法

为实现地热能可持续开发利用的目标,需要明确不同采灌条件下合理的采灌井间距。为此,以鲁北馆陶组热储为研究对象,建立了层状热储开发的概念模型及数学模型,采用COMSOL Multiphysics多场耦合模拟软件建立了地热对井采灌井距计算器。通过参数拟合及模拟结果对比,验证了模型的准确性;进而以软件APP编译功能为基础,以普通用户使用为导向,简化相关参数输入,建立了地热采灌井距计算APP。为适应实际生产需求,计算了不同采灌量条件下对应的合理采灌井距。计算结果表明:鲁北地区馆陶组热储采灌量分别为40,60,80,100 m^(3)/h时,不发生热突破的合理采灌井距分别为290,330,360,390 m。研究表明:(1)在鲁北层状传导型砂岩热储地区,对概念模型进行简化处理后,数值模拟计算结果可靠,可以在该地区建立合理采灌井距计算APP;(2)水热数值模拟是合理采灌井距计算的有力手段,能够确定开采量、回灌量、回灌温度、采灌井距等地热开发利用工程的关键参数,有利于实现地热资源可持续开发利用。

半圈闭深循环基岩热储开采扰动分析及回灌方案研究

聊城东热田奥陶系热储为山东省基岩热储勘探开发优选区,本文通过分析区内盖储源通等地热特征建立了区域半圈闭深循环裂隙-岩溶基岩热储模型,分析认为其半圈闭深循环赋存特征在提升热水矿化度及微量元素的同时,导致了储层封闭性较强、开采扰动大、难以可持续利用等问题。基于区内观测井多年实测数据建立了开采降深经验公式,采用变异系数法及综合指数法对区内热储开采扰动性进行评价,认为区内基岩热储开采导致了水位下降、水量减少、储层压力、温度及使用寿命降低等不利影响,对水质的扰动性及地面沉降、热污染、环境污染、串层水源污染等开采次生问题较少;结合区内回灌试验,探讨了适宜本地的开采回灌方案:集中开采、梯度利用、同层回灌、采灌均衡,区内基岩热储回灌井宜设置在开采井周边300-500 m范围内,尾水温度以35-40℃为宜。本次研究为区内基岩热储的可持续利用提供了理论依据。

地热水系统采灌方案模拟优化研究——以苏北农村清洁能源供暖示范区为例

在地热资源开发利用过程中,热储温度、压力会随开采量和时间的增加而降低,地热尾水的排放也会对环境造成热污染,热储回灌可以成为解决这些问题的有效措施。在进行地热开发利用之前,科学合理地规划采灌井的布局方式,探索避免采灌井过早发生热突破、实现地热资源高效利用的最优采灌方案,有利于延长地热井的使用寿命。江苏沛县安国镇所在的丰沛盆地为古近纪以来发育的新生代断陷盆地,岩溶裂隙型热储分布较为广泛,以奥陶系灰岩为主。文章在安国镇地热资源勘查成果的基础上,基于地热井抽水试验、回灌试验获取的采灌井间距、灌采比等重要参数,利用Feflow6.2软件建立了地下热水渗流与热量运移三维耦合数值模型,模拟预测了奥陶系灰岩热储层中地热水的可开采资源量,进行了采灌井开发利用方案的模拟优选。研究结果表明:RPX01开采井与RPX02回灌井合理井底间距为389 m;地热井的灌采比为1.29,确定了一抽一灌的方式进行可持续开发利用;水位降深稳定在50.61 m时,开采井可开采资源量为1000 m^(3)/d;开采量为1000 m^(3)/d、回灌量1000 m^(3)/d,回灌温度40℃时,10个供暖期后开采井水位下降45.49 m,温度降低1.44℃,是本次模拟方案中的最佳循环开发利用方案。上述结果为苏北农村清洁能源供暖示范区建设提供了科学决策依据。

地热采灌对井回灌温度场的模拟研究

利用地下水流数值模拟软件Feflow求解地热采灌对井系统水热耦合模型,进行温度场模拟研究。结果表明:在现状回灌温度为39.6℃时,5年后该系统回灌温度场影响半径为64 m,当回灌温度降低到13.5℃时,回灌温度场影响半径为68 m。该系统回灌温度场随采暖周期呈周期性变化,停灌后温度有所回升,说明该系统回灌尾水温度(39.6℃)偏高,且采灌井距(850 m)偏大,不利于热储水位流场的恢复。在进行地热对井回灌时,应根据热储层特征和布井场地条件,选择合适的采灌井距和回灌温度。

滨海平原第四系地层灌采井成井工艺及回灌方法

滨海平原区(天津、沧州等地)蕴藏着适合灌采的地下水资源,但由于成井工艺和回灌方法不完善,制约着水源热泵空调系统的推广应用。结合工程实例,探讨了在滨海平原区细粒地层灌采井的成井工艺及回灌方法。

地热流体异层采灌混合作用水化学数值模拟

天津市是全国少有的几个能够做到地热流体回灌的城市,截止到2011年底地热流体回灌量为908.64×104m3。随着地热资源开发力度加大,异层采灌系统近年来也不断增加。回灌过程中不同水质的地热流体发生的地球化学作用是很复杂的,没有地球化学作用过程的模拟,很难了解并预测异层采灌对回灌井热储层水质的影响。本文以一对异层采灌模式的对井为例,采用PHREEQC软件模拟不同比例异层流体混合后随时间推移的变化规律,为合理开发和保护地热资源提供依据。

浅源异层采灌井群循环开发利用技术——以天津市海河商贸区古文化街供热制冷项目为例

天津市古文化街利用不同地热成井深度的浅源异层采灌对井的温度差异,通过热泵技术,采取夏灌冬用、冬灌夏用的循环利用方式,为建筑物供热制冷。二个供暖制冷期的运行工况表明冷热源井在采灌前后水质、水位基本稳定,流体回灌率达到100%。其环保节能、维持储水层压力、提高资源利用率的综合效应非常明显。

馆陶组热储地热井开采与回灌Q—S及q—S曲线特征对比分析

根据最近几年在河北省开展的有关新近系馆陶组热储回灌试验成果，深入进行分析，研究地热井开采与回灌Q—S曲线特征，并对二者进行对比分析。可以初步根据开采井Q—S曲线特征，初步推测回灌时的Q—S曲线特征，根据开采井情况估算回灌量，指导生产性回灌，节约大量试验资金。对进一步推动新近系馆陶组热储回灌研究具有重大作用。

上海陆域地区地下水采灌与地面沉降的时空特征

上海市地面沉降防治已有显著成效,但在空间格局上地表变形的不均匀性较显著,地面沉降防治管理进入了分区管控的新时期.为配合分区管控,利用长时间序列的水位、地下水开采、分层标三类监测数据,结合区域地面沉降模型,探讨地下水采灌与地面沉降的时空特征.上海市经历了两次长时间大范围的地下水开采,每次旋回分别经历开采量从增加到逐渐减少(甚至回灌)两个阶段.第一旋回的时段是1860-1971年,地下水开采于1963年达到年度最大净抽水量,开采集中在核心区的浅部土层,导致了较严重地面沉降.第二旋回的时段是1972年至今,地下水开采于1998年达到年度最大净抽水量,开采层位集中在第四承压含水层.从1998年至2005年,此层逐渐减少地下水开采,未大量回灌,但地下水位抬升显著,说明此层地下水补给条件良好. 2006-2011年间,各土层的压缩已经大幅减小,宝山、嘉定和核心区的深部土层均有回弹,浅部土层虽然没有抬升,但压缩速率较小,最大沉降速率处于浦东区,为2.61 mm·a-1.

上海地面沉降管控分区沉降特征及地下水采灌对比研究

上海自1921年发现地面沉降,至今已经100年历史。上海采取压缩地下水开采和进行地下水人工回灌等措施,使地面沉降得到有效控制。尤其21世纪上海市进入微量沉降阶段。地面沉降速度显著减小,地面沉降防治进入分区管控的新阶段。本文从上海市防治分区角度出发,对2001~2017年间上海地面沉降变化特征及其与地下水采灌关系进行分析研究。结果表明上海地面沉降量总体呈减小趋势,地面沉降防治效果显著。地面沉降量变化趋势与深部土体变形量变化趋势大抵相同,2001~2008年间各防治区地面沉降量大幅减小,2009~2017年间减小速率较平缓。2001~2008年间,重点防治区地面沉降量相比次重点及一般防治区年均沉降量差值约10mm,2009~2017年间差值减至约3mm,重点防治区地面沉降防治效果相对更明显。重点防治区在2001~2017年间地面沉降虽然减缓但持续发展,而次重点和一般防治区则在2009年后由地面沉降转变为地面回弹。各防治区深部土体在2009年左右开始回弹,浅部土体年压缩量变化不大且几乎不回弹或微量回弹。2001~2017年间上海各防治区地面沉降量及深部土体变形量变化趋势与净抽水量变化整体响应良好,压缩开采、增大回灌能有效防治地面沉降灾害。2009年后深部含水层开始回弹,之后随着净抽水量继续减小回弹变化缓慢;除一般防治区外其它防治区回弹量在3mm内轻微波动。人工回灌对于增大深部土体回弹的效果不明显。

平衡采灌条件下热恢复及热可采模拟研究——以任丘地区馆陶组砂岩热储为例

目前广泛应用"体积法"计算静态地热资源量。该方法未考虑盖层和底部地层热补给,对于不同开发条件适应性不强。本文借助有限元COMSOL软件,基于实测数据建立了砂岩热储平衡采灌模型,对地热田温度恢复、热补给及地热资源的可采系数进行了研究。模拟结果显示,对于砂岩热储,回灌井周围温度短时间内无法恢复到原始地层温度,依靠采水井和回灌井井别互换实现井筒内堵塞物清除的同时不影响地热田连续生产是不可取的;热水开采利用的热量主要来自于热储层,随着地热田的生产运行,相邻地层热补给所占比例增大;该模型条件下运行40年后采水井和回灌井之间产生了热突破,但短时间内不会影响地热田生产,根据热突破后热储层温度分布特征计算地热资源的可采系数为19.02%。本文模拟研究结果可为进一步的地热田开发总体方案部署提供理论指导。

咸阳地区地热采灌井最佳井距分析

采灌井合理井间距的确定是对井采灌,资源可持续利用的关键性问题[1]。采灌井间距过大,不利于发生水力联系,间距过小容易产生＂热突破＂[2]。对采灌井合理井间距的确定提供依据,以咸阳采灌区为例,在建立地下水流场和温度场耦合数学模型的基础上,借助Feflow软件以咸阳地区WH2为回灌井中心,开采井呈东西南北向排布的方式模拟。模拟分析表明：在采灌过程中地下水水位稳定时间随抽、灌水量的增加相应减少。水流连通的时间缩短,主要是由于抽、灌水共同作用下,地下水发生强迫对流作用加强,使天然流场的作用被忽略。在强迫对流作用的影响下,经过一定的时间形成新的渗流稳定场,当新的渗流稳定场形成之后,水流连通也将出现。以回灌使含水层下降2℃视为出现＂热突破＂现象,运行3 650天时,在防止抽灌井发生＂热突破＂的前提下,抽水井距灌水井合理的间距的下限为400 m左右。结合水力联系影响下的合理井距上限500 m,得出的研究区采灌井间合理的井间距范围为400~500 m。

冀中馆陶组砂岩热储开发采灌试验研究

砂岩孔隙热储100%回灌难度大,亦为世界性难题。冀中某地上第三系馆陶组砂岩热储出水量大,水温高。为实现经济可持续开发,确定热储层水力连通性、单井采灌速度、井网井距、回扬及回灌制度等地热开发参数,设计了4口井的单井抽水试验及89d的大型井组间采灌试验。试验结果为进一步的开发方案运行提供了方法及数据支撑,对同类型热储开发借鉴意义大。经计算研究区馆陶组热储层渗透系数为0.33~0.5m/d,导水系数为19.95~40.30m^(2)/d,贮水系数为(7.41~9.85)×10^(-5);根据抽水试验水位降深关系确定地下水力连通性最好的方向为东北至西南;单井采灌速度建议控制在50~60m^(3)/h;热储层在1800m左右存在高渗层,热水井距布设至少应在400m以上;回扬制度推荐选择大排量+中排量+小排量,回灌制度推荐选择小排量+中排量+大排量。

设计采灌井结构的基础条件

在天津市采灌井工程及回灌工艺的研究中,重新设计了采灌井结构。介绍了采灌井结构设计的基础条件即地下水、地质、成井材料和成孔工艺,分析了各自在设计中应注意的问题。

浅述地热采灌井合理井距方法研究

采灌井之间的合理井间距的确定是实现对井采灌,资源可持续利用的关键问题。井间距的确定既要考虑避免热突破发生,又要保证明显的水力联系。本文利用地下水流数值模拟软件Feflow求解地热采灌对井系统水热耦合模型,进行采灌区回灌模拟,结果显示,咸阳WH2井合理井间距为500m以上。

山东省德州市德城区地热采灌工程合理井距与热突破时间推算

山东省德州市砂岩热储开发时间早,供暖工程数量较多,但受社区面积和布局的影响,采灌井距远近不一,过近的采灌井距,势必会加速热突破的发生。为指导今后区内地热工程建设,利用《砂岩热储地热尾水回灌技术规程》(DZ/T0330—2019)中合理井距公式,代入德城区地热地质参数,推导出该区合理井距经验公式。随着地热工程开采量增加,合理井距亦随之增加,当开采量为60 m 3/h时,合理井距不应低于181 m。根据计算,德城区51组采灌对井中,21组采灌对井将会发生热突破,且有8组采灌对井热突破时间不足10年,占比达到了19.6%。为保障采灌工程可持续运行,采灌井应及时调整布局。

纺织行业采灌井的作用和管理

纺织行业中普遍采用的采灌井是一种绿色能源利用设施 ,能有效控制地面沉降和减少夏季用电负荷。企业的有效管理、政府严格的法律法规监督和适当的价格杠杆调控会使采灌井的采用更为科学合理。