流体交换型地热井采灌能力研究

摘要

地热资源作为环境友好性可再生资源，具有广阔的应用前景。地热开采方式包括井筒换热型和流体交换型。其中，流体交换型开采方式是指建立采灌对井，通过采出井将地层热水采出，热量利用结束再通过回灌井注入地层。目前，对流体交换型地热开发的开发效果及其影响因素认识尚未完善，开展采热能力和回灌能力的开发规律和效果预测研究尤为重要。 本文采用数值模拟方法，以胜利油田L厂区地热开发项目为研究对象，建立采灌对井地热开发概念模型，在产出温度历史拟合基础上，对地热开发过程中地层压力、温度分布特征进行描述和分析。以产出温度和井组能源效率为评价指标，分析了地层参数、井筒参数及生产参数对采热能力的影响，并进行了影响因素敏感性分析。通过多元非线性回归分析法建立了采热能力预测模型，并对模型进行了验证。对回灌井自然回灌条件下的回灌量进行影响因素分析，确定了自然回灌中的全回灌时间和定回灌量条件下所需回灌压力，并建立了回灌能力预测模型。研究了采灌对井热突破时间与采灌量、井距的关系，通过分析含水层渗透率、含水层厚度和静液面深度等参数对回灌能力的影响，建立了回灌能力计算图版和采灌井数比优化方法。最后对改善地热井采灌能力的采灌井互换、多井采灌等开发模式进行了探讨。 研究得出，产出温度随地层热容、地层导热系数、井筒深度的增大而减小，随回灌速度的增大而增大，受套管导热系数和回灌温度的影响不大。通过敏感性分析，确定各因素对采热能力的影响程度为由小到大为：地层导热系数、回灌速度、井筒深度、地层热容、井距、套管导热系数、回灌温度、套管热容。回灌能力随着表皮系数增大而减小，随井口压力、水层厚度、回灌速度、渗透率的增大而增大。各因素对回灌能力的影响程度由大到小为：表皮系数、井口压力、水层厚度、回灌速度、渗透率。 在开发模式探讨中，发现采灌井互换模式虽可降低回灌压力，但造成产出温度降低，从而导致能源效率下降，并不能改善采灌能力。选取两灌一采开发方式，其最优布井方式为采出井在两回灌井之间。考虑回灌能力和热突破，确定出最优井距为160m。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究目的及意义

1.2 国内外利用现状

1.2.1 地热资源利用现状

1.2.2 地下热水流动的数学模型

1.2.3 地热开发的数值模拟

1.3 研究内容

（1）流体交换型地热开发渗流规律及采热能力影响因素分析

（2）回灌能力确定及其影响因素分析

（3）不同开发模式探讨及其优化

1.4 技术路线

1.5 创新点

第二章 地热开采数值模型的建立

2.1 地热渗流数学模型

2.1.1 水流控制方程

2.1.2 热运移控制方程

2.1.3 灵活井机理模型

2.2 开发单元介绍及产出温度拟合

2.2.1 L厂区地热项目介绍

2.2.2 产出温度拟合

2.3 流体交换型地热开发渗流特征研究

2.3.1 地层压力、温度分布特征

2.3.2 井筒压力、温度分布特征

2.4 本章小结

第三章 地热井采热能力影响因素分析

3.1 采热能力评价指标确定

3.2 采热能力影响因素分析

3.2.1 地层及井筒参数影响规律

3.2.2 生产参数影响规律

3.2.3 影响因素敏感性分析

3.3 热突破时间分析

3.4 采热能力回归预测

3.4.1 正交试验设计及结果分析

3.4.2 采热能力多元回归方程建立

3.5 本章小结

第四章 地热井回灌能力影响因素分析

4.1 回灌能力理论分析

4.1.1 裘布依方法计算回灌量

4.1.2 泰斯井方法计算回灌量

4.1.3 回灌量的影响因素分析

4.2 回灌能力影响因素分析

4.2.1 地层参数影响规律

4.2.2 生产参数影响规律

4.2.3 影响因素敏感性分析

4.3 回灌能力回归预测

4.3.1 正交方案设计

4.3.2 回灌能力多元回归方程建立

4.4 回灌井回灌能力计算图版

4.5 本章小结

第五章 改善地热井采灌能力开发模式探讨

5.1 采灌井互换模式可行性论证

5.1.1 普通间歇开发模式分析

5.1.2 采灌井互换模式分析

5.1.3 两种开发模式对比

5.2 多井采灌模式分析

5.2.1 布井方式设计

5.2.2 不同布井方式采灌能力分析

5.3 合理井距模式

5.3.1 合理井距理论分析

5.3.2 合理井距优化

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间获得的学术成果

致谢