一种提高中深层砂岩地热回灌效率的回灌新方法

文档序号:1950239 发布日期:2021-12-10 浏览:14次 >En<

阅读说明:本技术 一种提高中深层砂岩地热回灌效率的回灌新方法 (Recharge novel method for improving geothermal recharge efficiency of medium-deep sandstone ) 是由 邓嵩 凌定坤 王磊 赵会军 杨硕 贺嘉蕾 马明宇 王浩 王财宝 于 2021-08-23 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种提高中深层砂岩地热回灌效率的回灌新方法,包括,分析中深层砂岩地热回灌地层参数条件,拟定合适参数;利用数值模拟软件建立多种井型的地热回灌模型进行数值模拟;分析不同回灌方案的数值模拟结果,得到以提高回灌效率为目的的回灌新方法。本发明方法对于提高砂岩地热井的回灌效率有着非常重大的意义,能够有效解决砂岩回灌困难且砂岩且回灌效率低下的问题,并为砂岩地热开采提供实质性的指导意义。(The invention discloses a recharge new method for improving the geothermal recharge efficiency of middle-deep sandstone, which comprises the steps of analyzing the parameter conditions of the geothermal recharge stratum of the middle-deep sandstone and drawing up appropriate parameters; establishing a geothermal recharging model of various well types by using numerical simulation software to carry out numerical simulation; and analyzing the numerical simulation results of different recharging schemes to obtain a novel recharging method aiming at improving the recharging efficiency. The method has great significance for improving the recharge efficiency of the sandstone geothermal well, can effectively solve the problems of difficult recharge of the sandstone and low recharge efficiency of the sandstone, and provides substantial guiding significance for sandstone geothermal exploitation.)

一种提高中深层砂岩地热回灌效率的回灌新方法

技术领域

本发明涉及地热资源开发利用的技术领域,尤其涉及一种提高中深层砂岩地热回灌效率的回灌新方法。

背景技术

现在的新型环保能源——地热,引起了大家的广泛关注,地热井的开采更是愈演愈烈,通过开采地热井来利用地热能进行发电、发热等是现如今比较正常的手段,地热流体具有埋藏深、补给慢等特点,属于相对不可再生资源,随着地热资源的大规模开发利用,地热流体补采失衡,造成了热储层压力下降、水化学污染及热污染等一系列地质环境问题。地热回灌是解决上述问题,保证地热资源可持续开发利用的最有效途径,而通过调研发现,目前砂岩地热回灌的回灌效率是较为低下的。

因此,为了提高中深层砂岩地热回灌的回灌效率,本发明提出一种高中深层砂岩地热回灌效率的回灌新方法。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊,而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述现有存在的问题,提出了本发明。

因此,本发明解决的技术问题是:如何提高中深层砂岩地热回灌的回灌效率。

为解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:包括,分析中深层砂岩地热回灌地层参数条件,拟定合适参数;利用数值模拟软件建立多种井型的地热回灌模型进行数值模拟;分析不同回灌方案的数值模拟结果,得到以提高回灌效率为目的的回灌新方法。

作为本发明所述的提高中深层砂岩地热回灌效率的回灌新方法的一种优选方案,其中:所述回灌新方法包括,选择两灌一采、采灌异层且水平井井段较长的方法,优先选择两水平回灌一水平井开采,回灌层在下、开采层在上,水平井井段为120m的方案进行砂岩地热的开采。

作为本发明所述的提高中深层砂岩地热回灌效率的回灌新方法的一种优选方案,其中:所述砂岩地热回灌地层参数包括,储层深度、储层初始温度、地层渗透率、地层表皮系数、地层初始压力和含水层厚度。

作为本发明所述的提高中深层砂岩地热回灌效率的回灌新方法的一种优选方案,其中:所述多种井型的地热回灌模型包括,一垂直井回灌一垂直井开采、一水平井回灌一水平井开采、一水平井回灌一垂直井开采;一垂直井回灌两水平井回灌、一水平井回灌两水平井开采、一水平井回灌两垂直井开采;两垂直井回灌一水平井开采、两水平回灌一水平井开采、两水平井回灌一垂直井回灌。

作为本发明所述的提高中深层砂岩地热回灌效率的回灌新方法的一种优选方案,其中:包括,所述地热回灌模型的尺寸大小为200m×150m×150m,顶层深度为2000m,储层初始温度为70℃,网格数为4500000,模型边界为非透水边界,且储层各向异性,采用自然开采的方式。

作为本发明所述的提高中深层砂岩地热回灌效率的回灌新方法的一种优选方案,其中:所述不同回灌方案包括,一灌一采、一灌两采、两灌一采。

作为本发明所述的提高中深层砂岩地热回灌效率的回灌新方法的一种优选方案,其中:还包括,利用所述不同回灌方案对所述多种井型的地热回灌模型进行数值模拟,得到回灌量和开采量、水平井长度、采灌层位与回灌效率的影响,并进行分析。

作为本发明所述的提高中深层砂岩地热回灌效率的回灌新方法的一种优选方案,其中:所述回灌新方法是根据所述回灌效率的变化图得到,包括,根据数值模拟结果,绘制9种所述回灌地热模型的回灌量和开采量变化图、回灌效率变化曲线图、不同水平井井段长度下的回灌效率变化图以及不同采灌层位下的回灌效率变化图。

本发明的有益效果:本发明方法对于提高砂岩地热井的回灌效率有着非常重大的意义,能够有效解决砂岩回灌困难且砂岩且回灌效率低下的问题,并为砂岩地热开采提供实质性的指导意义。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。其中:

图1为本发明一个实施例所述的地热回灌数值模拟的九种不同方案的回灌效率示意图;

图2为本发明一个实施例所述的地热回灌数值模拟的九种不同方案的流体累积量示意图;

图3为本发明一个实施例所述的地热回灌数值模拟的不同水平井井段下的回灌效率示意图;

图4为本发明一个实施例所述的地热回灌数值模拟的不同水平井井段下的流体累积量示意图;

图5为本发明一个实施例所述的地热回灌数值模拟的不同采灌层位下的回灌效率示意图;

图6为本发明一个实施例所述的地热回灌数值模拟的不同采灌层位下的流体累积量示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明,显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都应当属于本发明的保护的范围。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次,此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例,也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

本发明结合示意图进行详细描述,在详述本发明实施例时,为便于说明,表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大,而且所述示意图只是示例,其在此不应限制本发明保护的范围。此外,在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

同时在本发明的描述中,需要说明的是,术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。此外,术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中除非另有明确的规定和限定,术语“安装、相连、连接”应做广义理解,例如:可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接;同样可以是机械连接、电连接或直接连接,也可以通过中间媒介间接相连,也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

本实施例提供了一种提供中深层砂岩地热回灌效率的回灌新方法,具体包括:

S1:分析中深层砂岩地热回灌地层参数条件,拟定合适参数。其中需要说明的是,砂岩地热回灌地层参数包括:

储层深度、储层初始温度、地层渗透率、地层表皮系数、地层初始压力和含水层厚度。

S2:利用数值模拟软件建立多种井型的地热回灌模型进行数值模拟。本步骤需要说明的是,多种井型的地热回灌模型包括:

一垂直井回灌一垂直井开采、一水平井回灌一水平井开采、一水平井回灌一垂直井开采;

一垂直井回灌两水平井回灌、一水平井回灌两水平井开采、一水平井回灌两垂直井开采;

两垂直井回灌一水平井开采、两水平回灌一水平井开采、两水平井回灌一垂直井回灌。

具体的,还包括:

地热回灌模型的尺寸大小为200m×150m×150m,顶层深度为2000m,储层初始温度为70℃,网格数为4500000,模型边界为非透水边界,且储层各向异性,采用自然开采的方式。

S3:分析不同回灌方案的数值模拟结果,得到以提高回灌效率为目的的回灌新方法。其中还需要说明的是,不同回灌方案包括,一灌一采、一灌两采、两灌一采;

利用不同回灌方案对多种井型的地热回灌模型进行数值模拟,得到回灌量和开采量、水平井长度、采灌层位与回灌效率的影响,并进行分析。

进一步的,回灌新方法包括:

选择两灌一采、采灌异层且水平井井段较长的方法,优先选择两水平回灌一水平井开采,回灌层在下、开采层在上,水平井井段为120m的方案进行砂岩地热的开采。

表1:九种回灌模拟方案统计表。

回灌新方法是根据回灌效率的变化图得到,包括:

根据数值模拟结果,绘制9种回灌地热模型的回灌量和开采量变化图、回灌效率变化曲线图、不同水平井井段长度下的回灌效率变化图以及不同采灌层位下的回灌效率变化图。

表2:参数设置表。

参照表2,地热回灌数值模型大小设置为200m×150m×150m,砂岩热容为2.392×107J/(m3*℃),初始流体温度为70℃,初始地层压力为2Mpa,垂直井段长度为150m,储层深度为2000m,回灌温度为35℃,采灌井井径为91/2in,单日回灌量为800m3,渗透率为500mD,回灌层厚度为80m,开采层厚度为40m,井段表皮系数为0,生产井井底压力为1Mpa,运行时间为30年。

优选的是,本发明方法对于提高砂岩地热井的回灌效率有着非常重大的意义,能够有效解决砂岩回灌困难且砂岩且回灌效率低下的问题,并为砂岩地热开采提供实质性的指导意义。

实施例2

参照图1~图6,为本发明的第二个实施例,该实施例不同于第一个实施例的是,提供了一种提供中深层砂岩地热回灌效率的回灌新方法的测试验证,具体包括:

地下流体的流动传热是一个多组分三相结合的复杂流动过程,包括水、固体、气体,为了能够针对中深层地热砂岩的低温水热型地热系统问题,由于地热储层中大多数组分都为地热水,因此只考虑水相在地下流动的情况,尽量简化了数学模型。

为了保证模型计算的准确度,提出以下模拟条件:

①在计算的模型区域内的流动都服从达西定律,且都遵循渗流基本理论;

②模型区域内的流体达到热平衡的时间忽略不计,热辐射的影响也忽略不计;

③液体是非挥发性的,只有一个液相,整个过程只涉及到一种物质(地热水);

④流体与地层物质不发生化学和生物反应;

⑤模拟的工况压力P<25MPa,温度0K<T<400K。

参照图1,为九种方案下的地热回灌效率示意图,方案八的回灌效率最高达到了98.88%,方案五的回灌效率最低为49.85%,采用一灌两采的方案四、方案五、方案六的回灌效率低于采用一采一灌的方案一、方案二、方案三和采用两采一灌的方案七、方案八、方案九,其中采用两灌一采的回灌效率是最高的,都达到了95%以上。

参照图2,为九种方案下的流体累积量示意图,九种方案的回灌量基本一样,采用一灌两采的生产量最大,因此,为了保证地热的高回灌效率,应优先选择两灌一采的方式,并优先采用方案八。

参照图3,为不同水平井井段长度下的地热回灌效率示意图,回灌效率随着水平井井段的增长而增大,在水平井井段达到120m时,地热回灌效率达到了最高的96.99%。

参照图4,为不同水平井井段长度下的流体累积量示意图,回灌量随着水平井井段的增长而增大,水平井井段长度的变化对生产量影响较小,因此,为了保证地热的高回灌效率,应优先选择水平井段较长的方案。

参照图5,为不同采灌层位下的地热回灌效率示意图,回灌层处于下层,开采层处于上层时的回灌效率最大达到了84.78%,回灌层处于上层,开采层处于下层的回灌效率最低为26.59%,采灌同层时的回灌效率为62.67%。

参照图6,为不同采灌层下的流体累积量示意图,不同采灌层下的生产量是一样的,但是回灌层处于下层,开采层处于上层是的回灌量是最大的达到了7432126m3,灌层处于上层,开采层处于下层的回灌量最小为2331731.75m3。因此,为了保证地热的高回灌效率,应优先选择异层采灌,且优先采用回灌层在下,开采层在上的方案。

综上所述,由模拟结果可见,为了保证中深层砂岩地热的高回灌效率,应选择两灌一采、采灌异层且水平井井段较长的方法,且优先选择两水平回灌一水平井开采,回灌层在下开采层在上,水平井井段为120m的方案进行砂岩地热的开采。

应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

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