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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

山东平阴地热水水文地球化学特征及成因分析

山东平阴目前已有的3眼地热井水中均富含丰富的理疗矿物元素,具有较高的理疗价值.利用以往工作取得的水化学分析和同位素分析数据,分析了地热水的水化学特征、补给来源、形成年龄及水-岩作用过程,对热储温度、冷水混入比例与热水循环深度进行了估算.结果表明:研究区地热水水化学类型均为Cl·SO4-Na·Ca型;补给来源均为大气降水...     

河北雄县地热田钻井地温测量及地温场特征

根据研究区22口井的实测井温资料及前人的研究成果,开展了雄县地区地温场分析,对雄县地热田地温场的特点取得了以下认识：雄县地热田的盖层以传导热传递方式为主,热储层中源于供暖期热水生产和回灌引起的地下水受迫对流的影响,以对流热传递为主,不同静井时间的重复测温结果显示,静井时间的长短和井内流体的运移方式（抽水或回灌）控制了井内温度的分布及井内温度的动态变化：静井时间增加则测得的温度在中性点上下呈反向变化,生产井和回灌井的测温曲线存在明显不同,雄县热田第四系底部的温度为32.8 ℃～48 ℃,容城凸起为28 ℃～35 ℃,雄县热田第三系底部温度为64.5 ℃～81.3 ℃,容城凸起为45 ℃～60 ℃。雄县地热田盖层内的地温梯度为43.9～72.2 ℃/km之间,平均为51 ℃/km,容城凸起的井地温梯度为31.4～41.1 ℃/km,平均为37.1 ℃/km。雄县地热田内盖层导热流值变化为80.61～113.86 mW/m² 的范围。     

黔东北地区地热水化学特征及起源

目前在黔东北地区未系统地开展过地热水水文地球化学特征以及地热水来源方面的研究,存在地热水来源、补给区域、径流和排泄等特征不清等问题.在充分了解黔东北地热地质条件的基础上,采集区内15组地热水进行水化学全分析、收集12组地热水氢氧同位素和3组地热水碳同位素数据,得到了该区地热水的水化学特征和同位素特征,分析出地热水的补给来源,估算了地热水的补给高程、补给温度、热储温度、循环深度以及冷水混入比例.结果表明,受地形地貌及地质构造的影响,该区地热水总体由南向北径流,水化学类型主要为HCO₃·SO₄-Ca·Mg、HCO₃-Ca·Mg、HCO₃-Na、SO₄-Ca·Mg及SO₄-Ca型,有益元素主要有F-和H₂SiO₃,沿径流方向地热水呈现pH降低、TDS增加的趋势,水化学类型则由重碳酸盐型水变为硫酸盐型水.同位素分析结果表明,该区地热水补给源为大气降水,补给区为海拔1 500~2 000 m的梵净山地区,地热水年龄为（6 400~11 570）±560 a,补给时的年平均气温为7.0~9.1℃;选用二氧化硅温标及lg（Q/K）-T法估算热储温度为45.0~107.0℃,地热水循环深度为1 000~3 000 m;硅-焓混合模型估算地热水混合前的热储温度极大值为110~200℃,地热水在上升过程中受浅部冷水混合,冷水混入比例为50%~90%.      

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.