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。     

近三十年天津市地热大规模开发热储动态特征研究

天津是我国较早大规模开发深层地热的地区之一,经过30多年的持续开采回灌,对深部热储特征有无影响,是否引起了资源枯竭、水质恶化以及热储温度下降等环境问题,一直是社会关注的焦点。本文系统收集了1992年以来天津市地热开发过程中的不同热储层热水开发利用量、回灌量、水位、水质、水温等近30年的时间序列监测资料,通过垂向及横向对比,对地热持续开发30年来天津市不同地区不同热储层的热水动态特征进行了分析。结果表明,天津市各热储层地热流体的主要化学组分基本稳定,多年来无明显变化,地热采灌系统尾水回灌不会从根本上改变地热流体的原始化学特征,但深大断裂作为热流通道引起的顶托补给,会对上层热储水质造成一定的影响;随着近年来天津市回灌工作力度不断加大,大部分热储水位下降幅度减缓或出现回升,热储的温度没有明显的升高或降低的趋势,但回灌井热储段经过非供暖期的恢复无法达到最初的温度,呈逐年下降趋势。未来持续采灌条件下,回灌井筒的“冷堆积”及采灌井的优化调配应是重点关注的问题。     

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。     

关中盆地沣西地区地热对井采灌开发模式的数值模拟

热储回灌是地热资源可持续利用、避免环境污染的有效措施。在进行地热开发之前科学合理的规划采灌井井位布局,有利于延长地热井的使用年限。关中盆地是新生代拉张性断陷盆地,地热资源开采利用历史悠久。沣西地区位于关中盆地腹地,地下5000m深度范围内有5个含水热储层,自上而下分别为第四系下更新统三门组(600~960m)、新近系上新统张家坡组(960~1920m)、新近系上新统蓝田-灞河组(1920~2900m)、新近系中新统高陵群(2900~3800m)和古近系渐新统白鹿塬组(3800~5000m)。本文依据水文地质、地球物理等资料,建立了研究区三维地质模型,采用有限元模拟软件FEFLOW对目前开采最多的蓝田-灞河组热储层在不同对井采灌开发模式下同层采灌时渗流场及温度场的变化进行了模拟计算。结果表明:1)以30年为系统设计寿命,为确保抽水井和回灌井有水力联系又不发生明显的热突破,抽、灌井井间距以500~600m为宜;2)采灌对井的布置以抽水井位于天然径流流场的上游方向、回灌井位于天然径流流场的下游方向为佳;3)如果设计合理,采灌过程中回灌尾水温度对抽水井出水温度的影响可以得到有效控制;4)恰当实施地热尾水回灌,同时按照实际需求调节抽水井与回灌井的采灌量,可实现地热资源的可持续开采利用。上述结果为合理开发利用研究区地热资源提供了依据。     

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。     

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。     

天津市雾迷山组热储层温度场动态特征分析

温度是地热流体的一项重要属性,地热流体大规模的开采及回灌是否引起热储温度场变化,导致地热流体温度的降低,一直是地热开发过程中比较关注的问题。雾迷山组热储由于良好的储水和导水条件,是天津市地热资源开发主要的基岩热储层。调查发现:天津市目前有雾迷山组地热井达一百七十多眼,广泛分布于宁河-宝坻断裂以南的平原区,年开采量近两千万方,回灌量近一千万方。基于多年的动态监测成果及物探测井成果,初步探究雾迷山组热储层地温场分布特征以及温度场在地热资源开采和回灌影响下的动态变化特征。     

砂岩热储回灌对储层影响评价——以鲁西北坳陷地热区为例

地热流体经供暖利用后尾水温度降低,经过滤、排气处理后的尾水中仍含有不同粒径的悬浮物、气体,因此回灌不可避免的会对储层造成负面影响,如堵塞储层导致回灌量衰减、热储温度降低甚至产生热突破等,这严重阻碍了地热回灌的长期可持续运行。评价回灌对储层的影响,对下一步全面推进、科学回灌及合理可持续开发利用、保护地热资源具有重要意义。本文以近几年鲁西北坳陷区开展的馆陶组热储回灌试验为基础,设立了一套评价指标,即用回灌前、后水质的变化率评价回灌对热储流体的影响,温度的变化率评价回灌对热储温度的影响,单位涌水量变化率、渗透系数的比值和单位回灌量比值评价回灌堵塞程度并确定了分级标准。评价结果表明,回灌不会改变储层流体的化学类型;回灌堵塞主要发生在回灌井周围,相比回灌前,回灌后回灌井的单位涌水量降低14.3%～59.0%、渗透系数为原来的41%～86%,末期单位回灌量为初期回灌量的51%～92%,回灌堵塞程度为轻度到严重。采灌井距180～500m,历经一个供暖季回灌对热储温度的影响较小,但回灌导致回灌井周边热储温度明显降低,历经一个非回灌期224d,从35. 7℃恢复到40. 53℃,恢复速率为0. 036～0. 022℃/d,还需658d才能恢复到原热储温度(55℃)。本区热储水位仍呈下降趋势,但回灌可延缓热储水位的下降速度。     

天津市地热资源开发利用特征及存在问题分析

天津地区的地热地质条件良好,蕴藏着丰富的地热资源。在地热资源的开发利用过程中,每年可产生可观的经济、社会和环境效益,但由于开发方式的不尽合理,带来诸多问题。文章阐述了天津开发利用地热资源的特征,分析了存在的问题。认为不同热储层间水力联系的存在和地热井间距的过小,造成开采层间相互影响较大;地热井布局不合理、开采层位相对集中、回灌程度不高导致局部热储层压力大幅度下降,持续的大幅度压力下降将引发吊泵和地面沉降;超标准排放地热尾水会造成资源浪费和热污染;采、灌井间距的过小和相对位置的不合理,存在冷突破风险。针对不同问题,给出了针对性解决问题的建议。     

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。     

Numerical simulation of operation performance on production and injection of a double well geothermal system in Kailu Basin,Inner Mongolia

Inner Mongolia is abundant in geothermal resources, but the development and utilization of medium-depth geothermal resources for clean heating in winter is still in the preliminary stage compared with the neighboring provinces. In this paper, a recently developed geothermal heating system using the Mesozoic sandstone reservoirs in Baokang of Kailu Basin, Eastern Inner Mongolia was investigated, a three-dimensional geological model of a pair of production and injection well was established, and numerical simulations on the long term operation performance were conducted and verified by pumping test and water level recovery test data. The effects of flow rates, the direction of wells, injection temperature and ratios on the flow field and water level in the thermal reservoir were analyzed. The results show that considering a 30-year operation period and a production rate from 90 m³/h to 110 m³/h, the optimum well spacing can be increased from 225 m to 245 m, with an average value of 235 m. With the decrease of the injection temperature, the cold front of the injection water has an increasing influence on the temperature in the production well. A complete injection or the principle of production according to injection is recommended in order to maintain the long-term operation stability. In addition, the location of the injection well should be arranged in the downstream of the natural flow field. The present results can provide a useful guide for the optimum design and performance prediction of geothermal wells, thus maintaining the production and injection balance and promoting the sustainable development and utilization of medium-depth and deep geothermal resources.     

岩溶热储井间连通性的示踪研究

岩溶热储储层的不均匀性强,采灌井之间的连通性不易确定。示踪技术可以将运移参数量化,有效刻画储层流体的特征,研究回灌井和开采井之间的水力联系,包括导水通道,流体流速等信息,对长期回灌可能引起的开采井的冷却进行预测,是岩溶热储井间连通性研究十分有效的技术。本文以华北牛驼镇地热田雄县地区为例,针对蓟县系雾迷山组岩溶热储,采用荧光素钠示踪剂,进行了1口井注入,10口井观测的群井示踪试验。采用裂隙介质溶质运移模型,对示踪试验数据进行了解释,得到优势通道的长度、渗透流速、纵向弥散度、回收率等储层性质,获得了试验区内采灌井之间的连通特征。对调整采灌井布局提出了建议。     

天津地热资源开发利用现状及可持续开发利用建议

天津是我国地热资源比较丰富、开发利用较早的城市之一,二十世纪九十年代以后开始大规模的将地热资源应用于供暖、洗浴、养殖等方面.目前全市地热供暖面积约1233万m2,是我国利用地热供暖规模最大的城市,并于2011年1月获得“中国温泉之都”荣誉称号.地热资源已经成为天津经济发展和改善城市环境质量不可多得的清洁能源.天津地区的主要热储层均已形成降落漏斗,明化镇组热储层在市区及新四区形成漏斗;大港区形成了本市馆陶组热储层最大的一个漏斗中心;雾迷山组热储层在市区形成了较大的降落漏斗.尽管天津地热资源丰富、开发利用程度较高,但在开发利用过程中存在很多问题,主要有水位年降幅较大,回灌率较低,新近系回灌效果不明显,还存在很多无证开采的现象.针对这些问题,建议相关部门严格控制开采量,时刻关注水位降幅情况,增大回灌力度     

井口水温与热储层温度关系的有限元模拟及实例剖析

热储温度是地热研究和地热资源开发中一个重要参数,但直接测量深部热储温度有时有困难。笔者在建立围岩体热动态方程和将热水井作为热管降温的热动态方程的基础上,以有限元法对围岩体的热过程和热水井的温度场进行分析研究,并以北京、冀中和湛江地区的热水井为例,揭示井口温度与热储温度之间的函数关系,从而求得热储温度或预测井口温度。     

基于T2WELL的U型地热井供暖潜力数值模拟

为了了解U型井式闭循环地热系统的可持续利用能力,探究场地内利用U型井式闭循环地热系统开发地热能用于供暖的可行性,以及地热井长期运行下的产能状态和不同影响因素的作用规律,设计合理的地热能开采方案。采用数值模拟方法,以邯郸东部平原地区试验井的短期实测数据为基础,以多相多组分井筒-储层耦合流动模拟程序T2WELL为工具,开展场地尺度U型井长期换热数值模拟。研究结果显示：U型井式闭循环地热系统水平井段长度为400～500 m,循环流速和注入温度分别设置为80 m3/h和20 ℃左右时,可以实现地热能的可持续开采,20 a平均提热功率能满足供暖需求,采用该种方式进行供暖具备较高的可行性。      

天津市东丽湖地热对井的地质与水文地球化学特征

SR28、SR29地热对井位于天津市东丽区,处于沧县隆起之大小东庄凸起的西缘,沧东断裂带附近,山岭子地热异常区中心。SR28、SR29地热对井采用中元古界蓟县系雾迷山组热储层作为开采和回灌目的层。根据地热水化学分析结果分析了地热水的水文地球化学特征,认为:SR28、SR29地热水属于含岩盐地层溶虑的陆相沉积水;雾迷山组碳酸盐地层为地热水的储水层,地热水来源于外源水流经上层灰岩地层的补给;SR28、SR29地热水属于未污染的天然水、微腐蚀型水,不结CaCO3垢和CaSO4.2H2O垢,有S iO2垢生成的可能。     

Seepage-heat transfer coupling process of low temperature return water injected into geothermal reservoir in carbonate rocks in Xian County,China

Fracture seepage and heat transfer in the geothermal reservoir of carbonate rocks after the reinjection of low temperature geothermal return water is a complex coupling process,which is also the frontier of geothermal production and reinjection research. Based on the research of cascade comprehensive development of geothermal resources in Beijing-Tianjin-Hebei (Xian County),the carbonate geothermal reservoir of Wumishan formation in the geothermal field in Xian County is investigated. With the development of the discrete fracture network model and the coupling model of seepage and heat transfer,the numerical solution of seepage field and temperature field with known fracture network is reached using the finite element software COMSOL,and the coupling process of seepage flow and heat in carbonate rocks is revealed. The results show that the distribution of temperature field of fractured rocks in geothermal reservoir of carbonate rocks has strong non-uniformity and anisotropy. The fracture network is interpenetrated,which constitutes the dominant channel of water conduction,and along which the fissure water moves rapidly. Under the influence of convective heat transfer and conductive heat transfer,one of the main factors to be considered in the study of thermal breakthrough is to make the cold front move forward rapidly. When the reinjection and production process continues for a long time and the temperature of the geothermal reservoir on the pumping side drops to a low level,the temperature of bedrocks is still relatively high and continues to supply heat to the fissure water,so that the temperature of the thermal reservoir on the pumping side will not decrease rapidly to the water temperature at the inlet of reinjection,but will gradually decrease after a long period of time,showing an obvious long tail effect. The distribution of fractures will affect the process of seepage and heat transfer in carbonate reservoirs,which should be considered in the study of fluid thermal coupling in carbonate reservoirs.     

地热对井运行系统中回灌井堵塞原因浅析及预防措施

人工回灌做为提高地热资源利用率、防止地面沉降、减少尾水排放、实现地热资源的可持续利用的最有效手段,已在地学界达成共识。基岩岩溶裂隙型热储对井回灌取得的良好效果使人们看到了回灌技术的广阔应用前景,但有些热储尤其是孔隙型热储回灌量的衰减问题一直未能得到彻底解决,各种因素引起的堵塞是主要原因。本文根据天津市历年的回灌试验,就造成地热回灌堵塞的多种原因进行了分析,并提出了可能的解决办法。     

天津岩溶地热田热储特征研究

从天津大地构造特征和地层分布入手，综合分析了岩溶热储特征.认为天津地区主要大地构造格局从西北向东南依次为冀中拗陷、沧县隆起和黄骅拗陷，主要断裂有北东向的沧东断裂、天津断裂以及北西向的宁河-宝坻断裂.岩溶地热田主要分布在沧县隆起上，发育了王草庄、大城、潘庄、双窑和小韩庄凸起等地热田.研究认为蓟县系雾迷山组在天津全境普遍分布，岩性为深灰色粗晶白云岩、隧石条带状白云岩，裂缝岩溶发育，孔渗性较好，是主要热储层.寒武系、奥陶系热储在沧县隆起核部大面积缺失，在其他地区广泛分布，是主要热储层之一.沧县隆起的热流值较周围地区高，地热水的来源主要为北部蓟县山区，热水运移的最重要通道是大断裂以及不整合面.     

天津岩溶地热田热储特征研究

从天津大地构造特征和地层分布入手,综合分析了岩溶热储特征.认为天津地区主要大地构造格局从西北向东南依次为冀中拗陷、沧县隆起和黄骅拗陷,主要断裂有北东向的沧东断裂、天津断裂以及北西向的宁河-宝坻断裂.岩溶地热田主要分布在沧县隆起上,发育了王草庄、大城、潘庄、双窑和小韩庄凸起等地热田.研究认为蓟县系雾迷山组在天津全境普遍分布,岩性为深灰色粗晶白云岩、隧石条带状白云岩,裂缝岩溶发育,孔渗性较好,是主要热储层.寒武系、奥陶系热储在沧县隆起核部大面积缺失,在其他地区广泛分布,是主要热储层之一.沧县隆起的热流值较周围地区高,地热水的来源主要为北部蓟县山区,热水运移的最重要通道是大断裂以及不整合面.