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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

雄安新区容城凸起区地热可采资源量动态预测

雄安新区地热资源丰富,其中容城凸起区是雄安新区地热资源赋存条件最好的地区之一。通过分析容城凸起区地质构造背景、地热形成机理,建立了容城凸起区热储的地质模型和数学模型。基于COMSOL Multiphysics软件,对区域内主要热储层的地热资源开采进行了数值模拟,计算结果与监测数据拟合较好。在此基础上,通过在各开采区内合理布置开采和回灌井,评价容城东部地区采灌均衡条件下的地热资源量。本研究模拟了不同采灌量(100 m~3/h、150 m~3/h和200 m~3/h)对可采地热资源量的影响,结果表明:当开采量为100 m~3/h满足评价标准:①10年地下水位下降小于5 m;②单井地下水位不低于150 m;③开采井100年水温下降2℃时,年可开采热量8.53×10~(14)J/a,可供暖面积240.9万m~2。模型中开采井、回灌井分区布置,不仅可以避免热突破,且在对于渗透性良好的储层地热尾水可快速补给至开采区,能有效维持热储压力。本文初步摸清了雄安新区容城东部片区可开采地热资源量,为今后整个雄安新区地热资源合理开发利用提供了重要的依据。     

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.     

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。     

基于示踪试验及动态数据的北京小汤山地区地热资源量评价

北京市地热资源丰富,开发历史悠久,用户众多。为科学合理评价地热资源潜力,更好地可持续开发利用地热资源。结合实际开采利用情况,充分考虑了回灌的影响,并以小汤山热田详细勘察资料和长序列的监测数据为基础,采用示踪试验和数值计算方法,给出了典型地热井要保持100 a温度不下降可持续开发利用的地热流体资源量为340 m3/h;结合地热流体温度监测数据,发现年均净开采量与年均水位下降成对数相关性,且在保持地热流体温度不发生显著变化的前提下,年均水位下降2.0 m,可以保障的最少年均可开采量为365.1×104m3。结合小汤山热田多年的开发利用资料和经验,提出合理科学可持续的开发利用地热资源,必须坚持“以热定采,以灌定采”模式。     

天津地区雾迷山组热储数值模拟研究

以天津地区雾迷山组热储为例,利用TOUGH2.0数值模拟软件建立了地热流体的数值模型,并利用2014年11月至2015年10月的水位动态资料进行了模型的验证,达到较为理想的拟合结果。在此基础上,对天津地区雾迷山组热储压力场变化趋势进行了预测,在保持现有开采方式的条件下,三个方案年均水位降幅压力分别为0.038MPa、0.042 MPa、0.023 MPa。说明了地热资源开发利用可采热流体资源量的大小,与实际开采量的大小关系不大,与回灌量的大小有更为直观的联系。所以要想增大热储层流体开采量,必须先解决热储层回灌问题。     

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。     

雄安新区地热资源潜力评价

分析地热资源的形成、准确评估地热资源量是实现雄安新区地热资源可持续开发利用、推进碳中和的重要途径之一.本文通过研究雄安新区26口地热勘探井及水质分析、试采试验等数据,对地热田内馆陶组、寒武系、蓟县系雾迷山组、高于庄组热储的空间分布范围及热储特征进行了分析,采用可采系数法和采灌均衡法评价了雄安新区地热资源量.结果表明,采灌均衡法计算的可采资源量和热量远大于开采系数法.采灌均衡法更贴近实际开发条件,且可靠性经过了比拟法验证.采灌均衡条件下全区地热流体可开采资源量为401.77×10⁶ m³/a,地热流体可开采热量为1 013.2×10¹⁴ J/a,折合标准煤346.99×10⁴ t/a.以上研究可优化新区地热资源区划,推动“碳达峰、碳中和”目标实现.     

鲁北地区砂岩热储地热尾水回灌地温场变化特征分析

本文通过对德州水文家园砂岩热储地热回灌井全井段温度监测,在深度上分为5个区段论述了地温场的变化特征,重点对热储温度恢复的热量来源进行了分析。研究结果表明,在规模化生产性回灌时,低温地热尾水回灌会使得回灌井周边热储温度明显降低,并且恢复速率特别缓慢;通过定性分析和定量计算,认为大地传导热流和顶部地层传导热流在热储温度恢复中的作用极其微弱,而外围同层相对高温地层传导的热量和地热水流动带来的热量是其温度恢复的主要热量来源。基于该研究结果,在规模化回灌条件下,发生热突破是必然的,因此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非常有必要的。     

雄安新区容城地热田热储空间结构及资源潜力

雄安新区地热条件优越,尤其是牛驼镇凸起和容城凸起具有多年的地热开发历史。容城地热田绝大部分地区适合地热的规模化开发,同时容城地区也是新区建设初期主要的规划开发区,地热资源在服务新区生态文明建设和清洁供暖方面具有重要的意义。容城地热田主要热储层包括新近系明化镇组孔隙型砂岩热储,寒武系、蓟县系以及长城系基岩热储。蓟县系为区域主要的热储层,埋深700～3000 m,厚度500～2000 m,热储温度50～98℃,具有水量大、水质好、储层易于回灌的特点;长城系热储在凸起中心部位仍具有较大的开采潜力,D14钻孔显示长城系热储单位涌水量达到2.6 m~3/h·m,井口水温63.7℃,可作为新区的后备资源。容城地热田按照主要热储层上部覆盖地层构造差异由西向东分别为西部斜坡区、中央隆起区、东部断陷区,由西向东热储开发潜力逐渐变大。本文通过热储法计算了容城地热田年地热可采资源量折合标准煤76.3万t;数值法模拟了水位下降不低于150 m,开采井温度下降小于2℃条件下,年地热可采资源量折合标准煤81.09万t,两者结果相近,评价结果可为容城地热资源规划开发提供参考。     

地下水源热泵抽灌井优化布置及参数灵敏度

为了确定地下水源热泵的最佳布井方式,探明含水层温度场变化特征以及水文地质参数灵敏性,以石家庄地下水源热泵适宜区肖家营—东兆通为研究区,基于热储层的地热地质条件和热物性参数,利用FEFLOW软件构建了三维水-热耦合数值模拟模型。在2 000 m³/d的抽灌量下对不同井间距、不同布井模式-含水层温度场变化进行模拟,探讨发生热突破的可能性,并探讨温度场关于热导率、渗透系数、孔隙率等参数的灵敏度。研究结果表明：1)在单抽双灌模式下,方案C(两眼回灌井连线与地下水流向垂直,一眼回灌井位于抽水井正下游,另一眼回灌井位于沿地下水流向45°方向,即两回灌井与抽水井组成等腰直角三角形,抽水井正下游的回灌井为直角顶点)的布井方案对含水层温度场影响最小,为最优方案;2)单抽双灌模式下,抽灌量为2 000 m³/d时,方案C抽灌井间距设置在40～50 m较为合理;3)抽灌过程中,温度场对于渗透系数的改变灵敏度较高,而对孔隙率以及热导率的改变灵敏度较低。     

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。     

天津地热资源开采情况实际与理论计算对比研究

天津地热资源丰富,为研究天津地热资源的开采潜力,通过热储法对天津平原区沉积盆地型地热资源进行比较,其中涵盖4 000 m以浅的6个热储层的地热资源量、地热流体储存量、可回收地热资源量,同时利用开采系数法和热量平衡对不同开采条件下的地热流体可采量进行计算,以2013年的实际开采量为样本,对多个计算指标的合理性进行了分析研究。结果证明实际开采量只占理论值的极小部分。人工回灌可以极大地提高地热资源利用率。     

解放南路地区雾迷山组二段热储特征分析

中新元古界蓟县系雾迷山组是天津市开发利用主要的热储层之一,目前年开采量已经达到了近1 700万m3,占全市地热资源开采总量约53%,但主要开发利用的为三、四段热储。随着开发利用规模的不断扩大,该热储层每年的开采量也在不断增加,已经给该热储层资源保护和管理带来了巨大的压力。DR1井位于天津市西青区解放南路,目的热储层为蓟县系雾迷山组二段,成井深度3 580 m,出水量达到了119.3 m3/h,出水温度为96℃,是一眼质量十分高地热井,对于以后该地区雾迷山组二段热储地热资源的开发项目具有重大的指导意义。本文主要利用DR1井钻探成果,结合物探测井、区域水文地质、降压实验等资料,对比雾迷山组三、四段特征,对研究区雾迷山组二段热储地质、水化学特征进行研究分析。     

东营市城区馆陶组热储回灌性能分析

东营市城区馆陶组热储为新近系松散碎屑岩层状热储,目前地热资源开采量约95万m3/a,回灌是解决热储压力下降与地热尾水排放对环境造成不良影响的最佳措施,该文采用自然回灌试验方法探讨回灌条件下馆陶组热储的渗透性能,并与德州市城区馆陶组热储压力回灌试验成果进行了对比,对该热储的回灌性能进行了分析,为指导该区地热回灌提供了科学依据。