西藏羊易地热田采灌井连通性示踪试验

为研究羊易地热田采灌井之间的水力联系和热储层渗流场特征,评价回灌后开采井热储流体温度的变化,在地热田首次运用萘二磺酸钠进行群井回灌示踪试验。示踪试验结果表明,ZK211与ZK203、ZK202与ZK208、ZK202与ZK403之间存在直接的水力联系,回灌水的流速为6. 44～42. 71m/d。地热田热储层渗流场方向与控制地热活动的断裂系统一致,以NNW和NEE为主。开采井温度监测结果显示,在回灌期间ZK203、ZK403井口温度未发生明显变化,而ZK208由于多通道的存在,回灌水快速到达造成热储流体降温。通过示踪试验能够指导地热田开发中回灌系统的布置,优化采、灌井的合理布局。     

岩溶裂隙热储层采、灌井井间连通试验研究——以天津市王兰庄地热田回灌井HX-25B示踪测试为例

为探明回灌流体进入热储层后的运移方式和空间,1998～1999年地热井开采期间,天津市王兰庄地热田在包括一眼回灌井、五眼观测井的试验井场首次进行了化学示踪剂(KI)回灌试验;2001～2002年在同一井场又进行了放射性同位素(35S)示踪回灌试验.前后两次连通试验均与传统的水文地质方法如抽水试验结果吻合较好,但在判断热储层渗流场特征、采灌井间的水力联系等方面,放射性同位素示踪连通试验结果具有更直观、明显、量化等特点.     

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.     

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。     

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。     

雄县地热田示踪试验的解释及分析

雄县地热田在2009--2010年地热回灌期间开展了示踪试验。示踪试验过程中没有从生产井和观测井群所取水样中检测到示踪剂,但是基于生产井和回灌井之间流动通道的若干假设,对示踪剂回收的浓度及峰值的出现时间进行了模拟预测,对通道的流体流速进行了估计。并且运用水平裂隙介质模型对由于长期地热采暖尾水回灌可能引起的热储冷却进行了预测,为回灌井和生产井的合理井间距的选择,提供一定的依据。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

Study on the geothermal production and reinjection mode in Xiong County

The large karst geothermal field of Xiong County,which is located to the south of geothermal field in Niutuozhen,features huge geothermal resources and favorable condition for development and utilization.Because of the long-term extensive production,the pressure of geothermal reservoir continues to decline and some geothermal wells even face the danger of scrapping.To relieve the fall in pressure of geothermal reservoir and achieve the sustainable development and utilization of geothermal field in the long run,reinjection experiment is conducted in the geothermal field of Xiong County and a three-dimensional hydrothermal coupled numerical model was constructed.The reinjection experiment showed that the mode of one production well and one reinjection well can be achieved in this geothermal field.The numerical simulation is used to forecast and compare the change in pressure field and temperature field under different production and reinjection modes and concludes that the most opotimized production and utilization mode is the concentrated production-reinjection mode,and the most opotimized production-reinjection combination mode is the shallow production and shallow reinjection mode which can ensure the sustainable development and utilization of geothermal resources in the long run.     

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.     

塔河岩溶型碳酸盐岩缝洞系统流体动态连通性研究

塔里木盆地塔河油田下奥陶统碳酸盐岩储集体属于表生岩溶作用形成的喀斯特缝洞系统。其储集体孔隙空间类型主要为与原始组构无关的连通孔洞,其孔隙系统由岩溶洞穴、溶蚀裂缝和溶蚀孔三大类型的储集空间复合而成。油田开发实践证实,油藏呈现出多压力系统、差异连通的特征。文中针对缝洞型碳酸盐岩连通缝洞孔隙系统的特征,分析了区别于分散型碳酸盐岩储集体的特征。基于油藏的孔洞系统复杂的特点,说明利用各类动态资料对油藏储层缝洞体研究十分重要。通过动态研究方法,推测喀斯特缝洞系统中的连通体--“缝洞单元”。笔者提出了利用动态信息分析油藏之间缝洞连通性的研究思路和方法:（1）同一缝洞单元内,单井地层压力趋势下降相似;（2）井间干扰系统测试是较直接的连通确定方法;（3）开发井生产异常,导致同一缝洞单元相邻井出现相应动态变化;（4）注水井的示踪剂注入,检测邻近井检测示踪剂的含量、受效时间等,判断井间的连通级别;（5）不通缝洞单元的流体组分、密度和粘度等存在差异。结合塔河油田实际资料,共划分了42个缝洞单元,认为缝洞储集体的分布与岩溶古地貌、古水系和断裂带有一定的吻合性。     

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.