地热回灌条件下单井开采权益保护半径的计算

根据假设条件：（1）除了抽取和回灌的热量外,系统与外界没有能量交换;（2）开采100年,消耗15%左右地热储量;（3）回灌未发生热突破且抽水井井口温度与热储层回灌前温度一致。推导出回灌条件下单井开采权益保护半径的计算公式。并以深泽县为例进行了计算,对比回灌条件下和无回灌条件下的单井开采权益保护半径和面积的计算结果。     

采灌条件下中低温热储温度场动态特征初探

中国四大直辖市之一的天津具有较高地温场背景,地热开采历史长、规模大,回灌式循环开采发展势头喜人。由连续开采多年的地热井井口稳定流温监测数据证实:各储层地热流体温度并没有因长期开采而出现明显变化;而由同一眼基岩回灌井、停灌前后不同时段进行的井温测试结果表明:以比热储温度低得多的原水进行回灌,虽然井管内同一井段不同时期井温有0.1～0.76℃/a的微弱降幅,但主要取水层段在一个停灌周期内的井温则呈逐月恢复势态,数据显示停灌期间回灌井区域基岩热储温度回升迅速,并在下一个回灌期来临之前即可逐渐回复至前年同期的热储原始温度水平。     

地热回灌条件下流体可采量评价方法

通过尝试运用回灌条件下单井开采权益保护半径的方法和热突破公式计算回灌条件下流体可开采量,形成了回灌条件下流体可开采量评价体系。并进行了实例计算,结果表明,随着回灌温度的增大,越不易于发生热突破,其流体可开采量也迅速增大。     

集中采灌条件下碳酸盐岩热储群井示踪试验

地热回灌是实现地热资源可持续开发的有力措施,在世界各国已获得广泛应用,在地热资源的保护、减少资源浪费、延长地热井寿命以及减少环境污染等方面具有重要意义.天津是我国开展地热回灌比较成熟的地区之一,截至2019年底,天津市基岩裂隙型热储回灌率已达79.61％.大规模集中采灌条件下热储层渗流场的变化以及是否会影响热储温度已成为热储系统研究的前沿课题.本文以天津市东丽湖地区为例,选取1,5-萘磺酸钠作为示踪剂,在2018～2019年供暖期集中采灌期间开展了群井示踪试验,结果显示,供暖期内地热井开采量(或回灌量)、水温没有明显变化,水位除受正常采灌影响外没有明显变化,热储系统基本处于稳定状态;试验中示踪剂回收率极低,开采井和回灌井之间水力联系较差,有限的优势通道中的最大流速为448.42 m/d,优势通道的方向主要集中于北东向,与区内主要控热断裂沧东断裂及其次生断裂的发育方向一致;在现状开发利用模式下,不会造成该热储层温度的显著变化.这些认识对于指导北方古潜山碳酸盐岩热储的科学开发利用具有一定的现实意义.     

雄安新区容城地热田碳酸盐岩热储采灌数值模拟

采灌均衡是水热型地热资源可持续开发利用的有效模式。为了模拟不同采灌情景下热储的温度与压力响应,为地热资源可持续开发提供理论支撑,本文采用数值模拟技术建立了雄安新区容城地热田蓟县系碳酸盐岩热储的数学模型。首先利用COMSOL软件对300 km²区域内已有地热井的开采数据进行了数值模拟,模拟结果与监测数据吻合较好。然后在此基础上,对单井开采模式下蓟县系热储未来50 a内温度场和压力场变化趋势进行了预测;并针对热储水位下降趋势制定了回灌方案,分析了不同井间距对热储温度场和压力场的影响程度。结果表明：无回灌开采模式下,在40 a左右,水位埋深降低至150 m,每年水位下降约1.13 m;采用“一采一灌”方案的对井系统,在井间距分别为600、800和1 000 m 3种情况下,增大井间距虽然减少了布置的对井数量,但是延长了热突破时间,增加了开采量,从而可以开采更多的热量。在实际工程中应通过数值模拟方法优化对井间距,保证开采量的增加同时延长热突破时间,以开采更多的热量。     

沉积盆地砂岩热储回灌试验研究——以山东禹城市为例

禹城市为东营组热储地热资源开采利用集中区,因地热资源集中开采及地热尾水的直接外排,造成了水化学污染、热污染及热储层压力下降等一系列地质环境问题。本次在禹城市地热资源开发利用现状调查的基础上,在禹城市栖庭水岸开展地热回灌试验研究,回灌模式为自然同层对井回灌。根据本次回灌试验取得的数据,对回灌量与回灌压力关系、回灌对热储层水质影响、回灌对热储层温度影响规律进行了分析研究并根据拟合回灌量与水位升幅关系曲线计算了最大回灌量。分析结果表明:回灌量随压力的增大而增大,单位回灌量随回灌压力的增大呈减小趋势;回灌井因灌入了矿化度比其自身地热水矿化度高的水源,所以回灌后采集的回灌井地热水矿化度比回灌试验之前高,但因采灌井开采热储层属于同层热储,故回灌对热储层水质影响小;本次试验采灌井间距较大,故回灌对热储层温度无影响;计算确定该回灌井最大回灌量为70 m~3/h。本次回灌试验研究为禹城市地热资源可持续开发利用提供了依据。     

基于等效渗流通道模型的地热尾水回灌理论模型

深层地热能是一种清洁环保的可再生能源,尾水回灌是深层地热可持续开发利用的重要保证,但目前国内地热尾水回灌还处在起步阶段,地热尾水回灌方案优化设计的理论模型尚不成熟。文章结合示踪试验,提出了基于等效渗流通道模型的热储参数反演与开采井热突破预测的完整理论框架。应用多孔介质溶质运移理论,修正了等效渗流通道中的溶质浓度解析解,并联合移动渐近线法提出了热储参数反演理论模型;推导了等效渗流通道中的对流传热解析模型,可对开采井中的水温变化进行预测。依托山东省德州市平原县魏庄社区地热对井示踪试验,应用该理论框架进行了示踪试验反演及开采井热突破预测,并对影响开采井热突破的主要因素进行了敏感性分析。     

碳酸盐岩热储抽灌井光纤测温及地温变化研究

碳酸盐岩热储层具有地热资源丰富、开采条件好、单井涌水量大等特点,是中深层地热资源开发利用的主要热储层之一。在地热长期开采、尾水回灌过程中,既要保持抽灌井之间的水力联系,又要避免热突破的发生,对抽灌井热储层温度长期监测和热源分析计算,是地热资源可持续开发利用的重要课题。文章介绍了抽灌井分布式光纤测温技术,监测了碳酸盐岩热储抽水回灌对地温的影响,根据监测数据分析、计算了热储温度恢复的热源及热量。研究结果表明：受抽灌井间距较小和碳酸盐岩热储优势通道的影响,供暖后第6天,抽水井热储温度明显下降,平均降幅1.6℃,抽灌井产生了热突破;因长期大量低温尾水回灌,第二个供暖季之前回灌井热储温度未能恢复到初始温度,抽水井温度基本恢复;经分析计算,储层热量恢复的主要来源为地热水对流聚热,其次为高温储层、地热水传导聚热。基于该研究结果,在大规模回灌条件下,回灌井温度降低,抽灌井发生热突破是必然的发展趋势,深入开展抽灌井合理井距研究、防止短时间内发生热突破,对促进地热资源可持续开发利用是非常必要的。     

影响岩溶热储采出温度的开采参数敏感性研究——以河南清丰地区为例

采出温度是影响地热能有效利用率的关键指标,采出温度越高,热储开发效果越好。岩溶热储作为一种重要的地热储层类型,其采出温度受到储层参数的影响。以河南清丰地热田奥陶系岩溶热储为例,通过建立热储地质模型并利用7口地热井资料,进行基于热流和井储耦合的数值模拟研究,探讨储层地质条件和回灌参数对采出温度的影响。研究结果发现,断层的存在加速了热储中低温区向生产井的扩散,导致热突破时间的提前。在开采后期,有断层情况下采出温度较高,且变化曲线斜率远高于无断层情况,表明断层有助于提高清丰地区热平衡时的采出温度,最终有利于增加采热量。目前,一般认为,注采井距越小采出温度越低。但是,当回灌速率高于50 kg/s时,随着开采时间的增加,采出温度呈现快速下降趋势,注采井距835 m下的采出温度甚至高于1 000 m的情况。最后,确定清丰地区特定场景下的最优回灌参数组合为：回灌温度20℃、回灌速率50 kg/s、注采井距835 m。本研究结果将为清丰地区或其他类似岩溶热储开发方案的制定提供有益指导。     

采暖尾水回灌对砂岩热储温度的影响——以鲁北地区为例

为保证地热资源可持续开发利用,深入开展回灌工程采灌井合理井距研究、防止短时间内发生热突破是地热领域的重大关切。本文根据全井段测温结果,对砂岩热储不同采灌工程地温场变化特征进行了分析。研究表明：随着回灌年度的增加,冷水范围越来越大,热量对回灌井有效补给路径变长,回灌井热储段温度曲线波动幅度越小;当采灌井距较小、底部温度相对较低时,回灌冷水会对开采井造成影响,致使开采井热储温度降低;在回灌初期热对流在热量恢复中占主导作用,随着回灌年数的增加,冷水范围越来越大,热对流对温度场恢复的作用逐渐减弱,周边和相邻隔水层热传导在温度恢复中的作用越来越显著,温度恢复越来越慢,因此,在规模化回灌条件下,热突破是必然的。     

Discussion on the calculation of the rights protection radius of the geothermal well for stratified thermal reservoir

In order to ensure the sustainable exploitation of geothermal resources and prevent the occurrence of thermal breakthrough during the process of geothermal water reinjection, the authors systematically summarized the calculation formulas of the rights protection radius of the geothermal well in this paper. Three shortcomings in the calculation method of the rights protection radius of the geothermal well were identified through theoretical derivation. (1) The parameter f, which is defined as the ratio of the specific heat of water to that of thermal reservoir rocks, is defective. (2) The value of the thermal reservoir recovery rate defined as 0.15 is relatively unilateral, which is not applicable for geothermal wells with different lithology. (3) The calculation time is fixed as 36 500 d, which is not appropriate for geothermal wells with interval development. Based on the problems above, the authors redefined the parameter f and used variables to replace the previous thermal reservoir recovery rate and exploitation time, which can be identified according to different thermal reservoirs and specific exploitation time. By comparison of the applicable conditions of different calculation formulas of the rights protection radius of the geothermal well, the authors proposed that different calaulation formuas should be chosen based on the relationship of the size between β^-1-α and 3λ. And by comparison of the rights protection radius calculation formulas for the mining well and the recharge well, it is found that the rights protection radius of the mining well is always bigger than that of the recharge well. Finally, Shuiwen residential area of Decheng district was taken as an example to verfity the theoretical results.     

献县地热田碳酸盐岩热储示踪试验与模拟

地热回灌过程中开采井热突破预测等理论模型方面的研究尚不完善。本文在献县地热田开展了对井回灌示踪试验,并运用Comsol Multiphysics建模软件进行了参数反演,应用该理论框架进行了示踪试验数据的定量解释及开采井热突破预测。结果表明,示踪剂回收率偏低,为0.022 5%,采灌井存在1条优势通道,通道长度约为513.7m,总体表现为采灌井之间的水力联系较差。本文应用模型进行了参数反分析,计算得到拟合优度R²=0.790 7>0.6,说明此优化结果与测量值有较强的相关性,拟合程度好。连续开采100 a,不会发生热突破现象。     

开采状态下河北平原孔隙热储地热水资源的构成——以辛集集中开采区为例

地热水属于承压水,其储存量包括容积储存量和弹性储存量两部分,当水位处于含水层顶板以上时,已开采出的地热水只能是弹性储存量。在河北平原区进行区域地热资源评价时,地热水可开采量按照开采系数法、解析法等不同方法计算,与弹性储存量存在巨大差距。为研究地热水开采资源的构成并更加准确评价集中开采区地热水的可开采量,采用地下水均衡法对辛集集中开采区地热水开采资源量进行了计算,结果显示: 侧向补给量为126×10⁴ m³,占开采资源量的60.9%; 越流补给量为19.7×10⁴ m³,占开采资源量的9.55%; 弹性释水量为33.1×10⁴ m³,占开采资源量的16.1%; 弱透水层压密释水量为27.4×10⁴ m³,占开采资源量的13.3%。研究结果说明,集中开采区地热水的开采资源量不仅仅来自于热储层的弹性释水量,还包括侧向补给量、越流补给量和弱透水层的压密释水量。研究成果对于科学合理地开发地热资源、更好地遏制和缓解地热水开采引发的地质环境问题具有一定意义。     

东营市中心城区地热田地热回灌可行性分析

利用东营市中心城区鲁班公寓的地热生产井,对新近纪馆陶组和古近纪东营组热储层进行了自然压力条件下的异层和同层回灌试验。结果表明,回灌量与水头升高呈正相关关系,单位回灌量与水头升高呈负相关关系,馆陶组东热2井回灌能力为东营组东热。井的3倍左右。通过对该地热田热储地质条件、回灌能力及地热水开采潜力的分析,认为目前条件下东营城区还不适宜全面推行地热回灌。     

深层地热能开发及其对地热水流场的影响

为了研究深层地热能开发对热储层流场造成的影响,选取兰考县深层地热能开发为研究对象,分析研究区新生代以来的地质结构和区域构造特征,调查地区地热开采情况及存在的问题。根据地热能类型分析了第四系Q、新近系明化镇组N₂、新近系馆陶组N₁等3个热储层特征,利用可控源音频大地电磁测深查明区内的断裂分布、热储层发育、隔水边界等条件,通过现场试验与测试手段查明不同部位热储层的参数指标,分区计算各层的地热资源量。根据开采方式、边界条件、水文地质参数建立数学模型,通过数值模拟预测出2023年Q热储层流场将恢复到原始流场模式,N₂热储层流场漏斗效应持续减弱,N₁热储层流场漏斗效应明显且分布不规则,为控制地热资源开发对环境造成的影响,提出封闭循环利用地热、同层加压回灌的开采方式及合理布局开采井、综合利用多层地热等措施,为本地及周边地区地热资源开发及环境保护提供参考。      

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。     

采暖尾水回灌对砂岩热储地温场的影响 ——以鲁北地区为例

为保证地热资源可持续开发利用,深入开展回灌工程采灌井合理井距研究、防止短时间内发生热突破是地热领域的重大关切。本文根据全井段测温结果,对砂岩热储不同采灌工程地温场变化特征进行了分析。研究表明：随着回灌年度的增加,冷水范围越来越大,热量对回灌井有效补给路径变长,回灌井热储段温度曲线波动幅度越小;当采灌井距较小、底部温度相对较低时,回灌冷水会对开采井造成影响,致使开采井热储温度降低;在回灌初期热对流在热量恢复中占主导作用,随着回灌年数的增加,冷水范围越来越大,热对流对温度场恢复的作用逐渐减弱,周边和相邻隔水层热传导在温度恢复中的作用越来越显著,温度恢复越来越慢,因此,在规模化回灌条件下,热突破是必然的。     

山东省惠民县八里庄地热田特征及开发利用探讨

在阐述惠民县八里庄地区地热田地质条件,热储层、热储盖层特征、地温场及地热流体化学特征的基础上,对地热田流体质量、地热资源量进行了初步评价,并对地热田的合理开发利用提出了科学的单井保护半径和布设井的数量。     

基于TOUGH2数值模拟软件的延津地区热储采灌研究

本文采用TOUGH2数值模拟软件,根据研究区对井在预设情景下运转30年的模拟结果,对河南省延津县下新近系热储层压力场、温度场进行模拟,在模型验证的基础上,对不同回灌率及不同采灌井间距工况进行模拟研究,结果显示:回灌井的回灌过程会使地下水水温降低,回灌时间越长水温降低幅度越大,影响范围也越大,根据模拟抽水井和回灌井不同间距条件下(55 m、150 m、250 m、300 m)温度场变化情况,建议区域下新近系地层地热回灌项目抽水井和回灌井间距应大于等于250m,以保证抽水井出水温度;而不同回灌率工况下分析化学场和压力场的模拟数据可以看出,回灌率越大,地热水水质、压力影响越大,基本呈线性关系。为区域地热资源回灌-开采提供示范和指导。