济阳坳陷深层地热资源研究进展与下步展望

济阳坳陷地热资源分布范围广、资源潜力大,是胜利油区未来地热资源开发利用的重要方向。为科学、高效地开发利用济阳坳陷地热资源,系统梳理了关于济阳坳陷水热型和干热岩型地热资源的热储层、热盖层、热源等地热地质条件,分别计算了2类地热资源的资源量,揭示其地热资源潜力。研究结果表明,济阳坳陷水热型地热资源主要赋存在馆陶组、东营组及下古生界等,其中馆陶组为水热型地热资源潜力最大的层系,分布广、资源量大,是下步重点勘探开发利用层系。济阳坳陷属于“冷壳热幔型”沉积盆地,具有较高的大地热流值,干热岩型地热资源热储层主要为太古宇的岩浆岩和变质岩,深部地幔热流是其主要热源,热储层分布面积大,温度均较高,其资源丰度为渤海湾盆地中最高。济阳坳陷地热资源丰富,为加快其开发利用步伐,建议水热型地热资源要加强地热资源与油气的关系及资源分区评价2项关键工作;干热岩型地热资源的勘探开发仍处于起步探索阶段,今后需要重点加强其热储层类型的选择与热源机制2个方面的研究。

干热岩压裂储层布井方式优选数值模拟

增强型地热系统(EGS)是从干热岩储层中提取热能的重要手段,而布井方式是影响其采热效果的关键因素,目前开展的布井方式研究较少考虑压裂储层开采模型的影响。建立了干热岩压裂储层采热的数值模型,通过不同位置的基质岩体温度下降幅度、热提取率、采出温度和采热功率对比分析了4种不同的布井方式对EGS采热性能的影响。结果表明:相较于直井,水平井的流体热交换的面积更大,能充分开发裂缝间的热量。在生产30 a时,考虑水力压裂裂缝连通的情况下,水平井一注两采模型的采热效率最高,其在垂直于井方向上温度波及范围约690 m,基质岩体平均温度下降38.09 K,热提取率为24.42%,采热功率为3.5 MW。研究成果为提高地热系统产热量、实现干热岩高效可持续开发提供了理论参考。

地热储层岩体粗糙裂隙的热流耦合效应研究

为了解决地热开采涉及复杂的多物理场耦合问题,提高开采效率,本文针对开采过程中的渗流-传热问题以离散元软件3DEC构建岩体粗糙裂隙热-流耦合数值模型。考虑不同三维形貌特征的岩体裂隙,模拟水力开度为19.17μm在不同流速时的水-岩温度变化规律。结果表明:由于裂隙形貌的阻滞作用,粗糙面出水口温度下降较慢,出水口温度有所上升,模型达到稳态所需的时间随流速和对流换热系数的增大而减小。裂隙形貌对流体和岩体温度分布均有影响,粗糙裂隙面的冷锋形态和裂隙面的形貌密切相关。光滑裂隙热突破快于粗糙裂隙,增加裂隙面的粗糙度有助于延长热突破时间。粗糙裂隙面相对于光滑裂隙面的总热量提取率略有提升,流速和对流换热系数的增加显著提高总热量提取率。通过本文研究可以为地热能系统的设计提供重要参数和指导,能够提高地热能开发利用效率。

矩形翅片管糖醇相变储热器传热性能分析

对糖醇基矩形翅片管相变储热器传热性能进行数值模拟与实验研究,利用数值模型研究传热流体入口温度、流量以及储热器翅片间距、管间距等参数对充放热性能的影响。研究表明:从运行参数看,由于相变材料导热系数的影响,翅片强化区外流体入口温度与材料相变温度的温差对充放热速率呈正相关;在管内湍流条件下,管内流速在高于0.53 m/s时,不能显著提升储热器的充放热速率;从结构参数看,增加翅片可显著提升翅片区内充放热速率,翅片间距小于10 mm和管间距小于52.5 mm对充放热速率影响不明显。

基于熵权法-TOPSIS-灰色关联法的储层综合评价:以莺歌海盆地黄流组为例

莺歌海盆地上中新统黄流组是高温高压系统,地层地温梯度超过4℃/100 m、压力系数大于1.6。地热资源潜力丰富,但地热资源评价的相关工作还未开展。通过9口钻井、测井录井、生产资料以及最新7口井地层测温数据和岩石热物性参数测试,在储层储集性能基础上,结合热物性参数,开展储层综合评价工作。以黄流组为例,在储层六参数关系评价基础上,优选孔隙度(Ф)、渗透率(K)、泥质含量(Vsh)、地层系数(DФ)、地层温度(T)、生热率(A)、热导率(J)7个热储评价指标,采用熵权-TOPSIS-灰色关联方法,对该类型热储进行综合评价。研究认为:7个评价指标中,孔隙度、渗透率、地层系数的权重占比较大,分别为21.31%,21.07%和20.42%,是主要影响因素。考虑评价参数的正负理想解的欧氏距离和各指标与正负理想解的灰色关联度,开展不同决策偏好情况下的相对贴近度角度来定量评价,结果显示,储层H1-2、H1-1、H2-2相对贴近度较高,分别为0.624,0.606,0.529,储层性质较好,可作为莺歌海盆地黄流组热储层的重点研究对象。

地球物理方法在牛驼镇地热田基岩热储控热构造研究中的应用

牛驼镇地热田位于冀中坳陷北部的牛驼镇凸起内,其基岩热储被列为河北平原区的重点勘查区。前人研究表明,基岩热储的赋存受断裂构造控制,但不同构造对地热田控制作用方式和作用层次有待进一步研究。本次研究通过充分利用地震、重力、磁法、大地电磁、可控源电磁法等综合地球物理方法的有效探测范围对牛驼镇地热田基岩热储控热断裂进行识别,查明深、浅部不同尺度不同层次断裂构造对牛驼镇地热田的控制作用.

天然气水合物储层微波加热能量补充装置设计

针对天然气水合物降压开采后期储层温度下降、产气速率下降、开采效率逐渐降低的问题,设计了储层微波加热能量补充装置,该装置能够对储层进行能量补充,提供水合物分解所需的温度和热量。通过建立储层微波能量补充仿真模型,研究了不同微波天线的结构参数对储层内平均电场强度的影响,优化了微波天线的结构参数;并针对优化后的结构参数,分析了不同微波参数下微波加热10 h后储层的升温效果。模拟结果表明:微波天线的最优结构参数为槽口形状为椭圆形槽口,槽口周期长度为187 mm,长轴为50 mm,短轴为11 mm,槽口角度为19°;微波频率为1.5 GHz、微波输入功率为3 kW时,微波加热10 h后水合物储层半径1 m范围内的平均温度为10.43℃,升高约5℃。所设计的微波加热能量补充装置能为水合物的分解提供驱动力。研究结果可使微波加热技术应用在水合物开采中,为天然气水合物的高效开发提供了一种新的方案。

三热源热布朗热变换器的生态学性能优化

基于[火用]分析的生态学函数,研究了三热源热布朗热变换器循环的生态学性能。导出了生态学函数的解析式,并研究了循环在最大生态学函数目标下的供热率和供热系数特性。通过与供热率目标下的性能进行比较,说明了生态学函数作为优化目标时三热源热布朗热变换器的性能优势。结果表明:通过调整势垒高度和外力,可使三热源热布朗热变换器工作在最大生态学函数目标下。当以生态学函数代替供热率作为优化目标时,三热源热布朗热变换器可以以牺牲较小的供热率为代价,换取供热系数的较大提升。

深层油藏传热模型及油柱高度计算

深层油藏储层埋藏深、厚度大,油井难以钻穿整个油层。针对深层油藏油柱高度的计算问题,考虑在油井投产后从油水界面到井底的垂向传热过程,建立了一个深层油藏传热模型。利用变量代换、分离变量及傅里叶变换等方法对模型进行了求解,获得了油藏油柱高度计算式。只需利用油井投产前和投产一段时间后的井底温度数据,便可计算油柱高度。以塔里木盆地某深层油藏某油井为例,展示了油柱高度的计算与应用。同时,利用该井的基础数据,代入传热模型,模拟计算了油井投产后不同时间下不同油层位置的温度值和温度梯度值,进而绘制了不同生产时间下储层温度分布曲线和不同储层位置处的储层温度动态变化曲线,结果表明油井投产后的储层温度分布呈非线性的动态变化特征。建立的传热模型可为深层油藏油柱高度的计算提供技术支持。

大庆油田深层直井同井换热优化设计研究

为了有效开发利用油田深层的岩热型地热藏,提高地热能的开发效率,采用了直井井筒换热技术进行开发,通过地质建模与数值模拟方法,根据井身结构,对换热管柱型号、组合方式进行了优化,并调整注入水的入口温度和流量,以达到最佳的换热效果。实际结果表明,优化后地热能的开发效率得到了显著提高,达到了有效开发利用的目的,为同类型地热藏的开发利用提供了实际参考。这一研究成果对于提高地热资源利用率具有重要意义,也为相关领域的研究提供了有益的借鉴。

中国油田地热开发利用现状与发展方向

基于中国地热发展现状、地热资源赋存和分布特点、不同地热开发方式对比,分析了油田地热资源开发利用潜力,并探讨了中国地热产业,尤其是油田地热未来的发展方向。研究结果表明:(1)中国的地热资源较为丰富,以中低温地热资源为主。浅层地热资源分布全国;中低温地热资源分布于沉积盆地、东南沿海和隆起山区,在不同深度形成了大面积分布的含地热水的热储层,为水热型地热资源;高温地热资源集中分布在西藏南部、四川西部、云南西部和台湾地区。中国浅层地热能资源(浅于200 m)年可开采量折合7×10^(8)t标准煤。(2)由于浅层地热能开发利用的环境与效率问题、深井直接换热的效率问题,以及干热岩开发利用的技术瓶颈问题,中深层水热型地热资源将是当今中国地热资源开发利用最主要和最现实的领域。(3)油田地热开发中形成了地热资源勘查与评价、砂岩地层回灌、废弃井改造为地热井、高温钻完井等一批关键技术,均在大型地热开发项目中得到成功应用。油田拥有丰富的采出水资源,可以直接利用,大量的废弃井或低效油井可以通过工艺改造为地热井进行地热资源开发,从而降低地热开发成本,提高地热项目的经济性。(4)油田地热除用于油田生产用能替代和清洁供暖外,中低温地热发电、氦气等伴生资源的开发、废弃油气藏储热和CO_(2)封存等领域的发展潜力巨大,地热综合开发利用是油田地热未来发展的主要方向。

三峡水库水面蒸发年内滞后效应分析

水面蒸发在季节变化上相比净辐射等气象要素的相位延迟反映了水体储热对水面蒸发的影响,量化这一对气象要素波动的滞后响应对理解和估算深水水库(湖泊)蒸发非常重要。三峡水库等河道型深水水库的水位和面积具有显著周期性变动,使得其水面蒸发的响应模式更为复杂,而目前对其认识非常薄弱。本文利用2013年8月—2020年7月三峡水库巴东站水面蒸发场和陆面蒸发场的蒸发和气象观测数据,分析了水面蒸发的季节变化及其年内滞后效应。结果表明:水面蒸发场蒸发量在年内的8和12月呈现双峰变化,与只有8月单峰值的陆面蒸发场蒸发量显著不同。水面蒸发场蒸发量相对净辐射、平均气温和水面温度分别存在4、3和2个月的滞后,而陆面蒸发场蒸发量相对滞后时间均在1个月以内;水面与陆面蒸发场相比,水温、蒸发量和水面与大气饱和差之间的滞后时间分别为1、3和4个月,而平均气温和净辐射之间不存在滞后。本文揭示出三峡水库巴东段水面蒸发年内滞后效应主要受到水库水温引起的水面与大气饱和差在季节上滞后的影响,需通过深入分析水温的时空变化来明确整个三峡水库的水面蒸发特征。

冀中坳陷岩溶热储地下水对流活动的聚热效应

地形起伏及浮力均可以驱动地下水流,在此过程中通过对流方式快速传递热量,进而改变温度分布模式,造成局部显著热异常,对岩溶储层地热资源聚敛有着重要意义.冀中坳陷岩溶热储发育,岩溶缝洞系统为地下水提供了良好的垂向和水平径流条件,形成了独特的对流-传导复合型地热系统.通过温度场、水动力场耦合数值模拟,本文聚焦冀中坳陷岩溶热储强迫对流和自由对流联合作用模式及其聚热效应.二维有限元数值模拟结果表明,在自由对流模型的基础上,地形驱动的强迫对流叠加作用使岩溶层内地下水流速显著增加.地形驱动流体可以推动自由对流单元向坡下滚动,强化了地下水对流的聚热效应.高阳凸起和献县凸起显著的热异常主要归因于岩溶储层和断裂带内地下水自由对流的传热效应,基底起伏造成的热流折射聚热效应是次要的.此外,地形驱动下,自由对流单元向流域下游方向推进可能是献县凸起较高阳凸起热异常更为显著的重要原因.

基于热流固耦合的单井增强地热系统数值模拟

为提高深井换热器的取热效率,借鉴干热岩的开发思路,本文提出了一种单井增强地热系统。对单井套管底部岩体进行小范围压裂改造,将单井套管由封闭式系统改为开式系统来提高单井系统的取热性能。建立了热-流-固耦合的三维非稳态数值模型,研究了单井增强地热系统的系统性能表现和各关键参数的影响。结果表明:与传统深井换热器相比,单井增强地热系统的取热性能有较大提升,相同注入工况下,生产温度和取热功率分别提高了62.21℃和2 612.99 kW;从地热工程周期和优化角度出发,单井增强地热系统流量控制在10 kg/s较为适宜,过小的单井增强地热系统流量导致取热效率较低,过大使得系统运行寿命较短;增大井筒封隔间距、减小内管导热系数是提高系统取热性能的有效方法。本文研究可为单井增强地热系统的理论分析和实际应用提供参考。

枯竭油气藏储集库储热供暖耦合CO_(2)封存性能分析

利用枯竭油气藏储存热能并封存CO_(2),既可解决太阳能跨季节储热难题,又可扩大可再生能源供暖占比,同时还可提高CO_(2)地质封存的经济性。提出了枯竭油气藏储热供暖耦合CO_(2)封存的新方案,以CO_(2)作为循环工质,夏季吸收太阳热量储存于油气藏背斜构造中,而冬季取出供暖,建立了储释能过程的数学模型,重点分析了枯竭油气藏储能系统热工性能和CO_(2)封存性能。结果表明:(1)新方案储能系统热工性能优异。单井平均采热功率4808.95 kW,每个采暖季可有效利用的平均储热量49859.21 GJ,平均能量储存密度28984.23 kJ/m^(3)。(2)CO_(2)密度对温度敏感的特性降低了热损失,提高了系统效率。枯竭油气藏储能系统平均能量回收效率95.84%,平均热回收效率83.66%。(3)储能加速了CO_(2)溶解。储释能过程中周期性的注入和采出工作气导致气液界面反复膨胀收缩,增加了气水接触面积,提高了传质动力,加速了CO_(2)在水中的溶解。对比储能模式和仅CO_(2)封存模式,CO_(2)溶解比例增量由0.26%上升至2.22%。枯竭油气藏储热供暖耦合CO_(2)封存新方案既有优异的热工性能,又加速了CO_(2)的地质封存,是一种高值化的枯竭油气藏利用和可再生能源供暖方案,具有大规模推广应用的潜力。

英山地热田区深大断裂的控水控热作用及地热系统成因研究

目前对英山地区深部地温场的分布情况以及构造控热模式尚无系统研究,不利于地热资源科学的开发利用。基于野外裂隙测量、浅层连续测温、钻孔压水试验等成果,建立了英山裂隙岩体地下水渗流-传热三维模型,对深部储层在不同构造组合模式下的压力场、温度场和达西流速场进行分析。研究结果表明:研究区深部温度场和压力场受断裂系统影响较大,在致密基岩及隔水断层处,流体运动微弱,热量运移以热传导为主,导水断层处以热对流为主;在深部导水断层区域温度和水压偏低,与导水断层处相比,隔水断层处水压偏高;在2 000 m深度以深,高温区和水力交换强烈区与导水断层带处完全对应,表明断层是储层中最主要的流体和热量运移通道;区内断层组合模式为复合模式,北东向断层为英山地区主要导水导热构造,热水在沿北东向断层向上运移的过程中,受南北向断层的阻隔,最终在两组断层的交叉复合位置处形成温泉。该研究可为研究区内的地热资源科学勘查和合理开发利用提供参考。

The Calculation of Heating Radius and Determination of Parameters in Heavy Oil Steam Stimulation

在稠油吞吐过程中,加热半径是热采中的重要指标,对注汽参数和生产制度起到了指导性作用。运用能量守恒原理,从热量注入方面考虑了蒸汽相变释放的气化潜热,从热量损失方面考虑井筒热量损失和顶底盖层热量损失,最终得到了新的加热半径计算公式。计算结果表明,加热半径受注汽参数、焖井时间、储层参数等因素影响,并系统阐述了岩层各物性参数的计算及选择方法。最后通过实例验证了该方法的计算值和试井解释出的值较为相符,为现场实际应用提供了可靠的方法。

超长电力电缆隧道固壁遮挡对土壤热库吸热特征的影响

为探究电力电缆隧道通风设计中土壤热库吸热量简化计算方法的误差和适用范围,采用数值计算方法对隧道传热过程进行三维模拟研究。通过定义切向导热偏差率,量化评价简化计算方法所采用的一维传热假设与实际传热过程的偏差,分析现行简化计算方法在隧道内壁不同遮挡情况下的误差和适用性。结果表明:1)隧道内壁遮挡区边缘位置的切向导热偏差率最高达95%;2)双层隧道的下层空间,由于内壁面被遮挡程度大,使得土壤热库传热呈现典型的二维特征,简化计算方法误差高达57.5%;3)上层空间内壁面遮挡较少,传热过程与简化计算方法所做的一维假设类似,故计算误差仅约10%,这表明隧道土壤热库吸热量现行简化计算方法仅适用于双层隧道的上层空间,但不适用于下层空间。