低渗透煤层气注热开采热-流-固耦合 数学模型及数值模拟

为得到低渗透煤层气藏注热开采过程中煤层气渗流运移规律,探索原地煤层在注入蒸汽加热后对煤层气产量的影响,基于煤体渗透率、孔隙度随温度、应力,气体导热系数、杨氏模量、泊松比随温度变化的关系,综合运用渗流力学、岩石力学、传热学等相关理论,建立了低渗透煤层气注热开采过程煤层气渗流热-流-固多物理场耦合数学模型,采用多井开采方式进行了注热开采过程煤层气渗流规律的数值模拟。数值模拟结果表明：煤层注热10 d抽采100 d后,由于煤层的导热并伴有煤层气的对流传热,煤层平均传热速度为66.25 mm/h,注热开采造成储层压力降是无注热抽采压力降的2.45倍,在温度应力耦合作用下,煤层气注热抽采量是未注热抽采量的2.2倍,注热开采是低渗透煤层气增产的有效途径。     

集中式砂岩型热储地热资源开采井网优化与实践

近年来人们对中深层砂岩型地热资源开发越来越重视,集中开采逐步成为常态。在集中式砂岩型地热井井群部署过程中,井距、井网不仅决定地热井多年后温度和水位变化,也影响着地热项目的寿命及经济性。文章以冀东曹妃甸新城2.3×106 m²地热供暖项目为例,研究了集中式砂岩型地热开采井网优化。在研究区地热勘查的基础上,利用采灌试验确定地热井开采量为100 m³/h、回灌量为80 m³/h。采用数值建模优化地热采灌井井距为450 m,地热采灌井井网按交错式排状部署。采用多井先导试验验证地热井开采量、回灌量的合理性,并制定地热井采灌运维制度,实现100%自然回灌。利用井群多年采灌生产数据建模,预测热储渗流场水位与温度变化。为规模化地热资源开发提供技术支持。     

延津县下新近系热储层回灌水运移规律数值模拟研究

河南省东部新生界沉积盆地新近系—古近系形成巨厚的砂岩、泥岩孔隙、裂隙型热储层,是目前河南省地热开采的主要目的层。采用Tough2数值模拟软件,研究了不同回灌率下温度场变化、抽水井出水温度降幅与抽回灌井间距关系,氯离子运移距离与回灌率关系以及热储背景压力水头降幅与不同回灌率工况关系。研究可为地热对井采灌提供示范,为地热资源开发、保护和有效管理提供依据,从而促进地热资源的可持续开发。     

煤-热共采模式下地热水非常规开采数值模拟研究

在我国“碳达峰、碳中和”时代背景下，开展矿井地热水资源开发利用实现煤-热共采的研究具有重要战略意义。然而，目前煤-热共采技术尚不成熟，针对矿井地热水抽采的研究还需进一步补充。因此，基于煤-热共采理论及技术框架，提出了一种地热水井下非常规开采方法。分析了矿区热储形成机制，采用热储体积法对矿区地热水资源量进行了估算，评价了矿井地热水开发潜力。同时，数值模拟了地热水非常规开采模式下的热储温度场及生产井水温变化。分析了生产井群参数对热储层温度场及生产井水温的影响，并与常规地热水生产方法进行了对比。最后，讨论了矿井地热水开采利用所产生的社会、经济效益。结果显示：(1)矿区地热水静态可采量为1.14×10¹⁷ J,折合标煤3.9 Mt。动态可采量为2.95×10¹⁶ J/a,折合标煤1.01 Mt/a。(2)生产井水温受回灌水温的影响较大，与回灌方式的关系不大，且回灌水温对生产井水温的影响主要体现在生产后期。(3)随着生产速率的增加，生产井群热突破时间提前，且在热突破点之后的温降速率加快。(4)均衡生产对生产井的服务年限具有有益作用。(5)通过调整非常规...     

地热回灌防腐过滤器及配套技术试验

利用专题立项开凿的地热生产井和地热回灌井,对第三纪孔隙型热储层进行了加压条件下的对井同层回灌试验。通过研发地热回灌防腐过滤器及配套技术,解决了先前在回灌过程中由各种物理、化学和生物因素引起的堵塞,导致回灌量减小、回灌井早期丧失回灌能力这一技术难题。     

地热储层单裂隙岩体渗流传热数值模拟研究

研究地热储层裂隙岩体中的渗流传热过程对干热岩地热资源的开采具有重要的意义。本文以干热岩地热工程为背景,采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件对地热储层单裂隙岩体中渗流传热机理进行了研究,并分析了流体注入速度和温度对岩体温度场的影响及其对干热岩地热工程的影响。研究发现流体参数对岩体温度场的影响主要体现在2个方面:一方面是对岩体温度场受扰动区域以及幅度的影响,另一方面是对岩体温度场达到稳态所需要时间的影响。流体注入速度的提升会降低系统的寿命和寿命期的出口法向总热量值,当考虑出口法向总热通量时,存在最佳流体注入速度,本研究中最佳流体注入速度为0.011 m/s。流体注入温度的提升会增加系统的寿命和系统的出口法向总热通量和总热量。研究为干热岩自热资源的开发与利用提供了理论依据,为工程运行参数的设计提供了参考依据。     

地源热泵系统地下换热结构体合理间距确定

地源热泵系统依靠地埋管换热孔、抽水回灌井等结构体实现换热、取热、储热,地埋管换热孔间距、抽水回灌井间距对地源热泵系统运行是否真正节能起着非常关键的作用。从研究地埋管周围岩土体温度变化对单孔换热功率的影响着手,分析影响传热、换热的因素,提出一个确定地埋管间距的经验公式;研究抽水回灌井之间水热传递和运移方式,提出一个确定抽水回灌井间距的经验公式,可供工程应用参考。     

延津县下新近系热储层对井采灌试验研究

为了给地热对井采灌提供示范,为地热资源开发、保护和有效管理提供依据,促进地热资源的可持续开发,研究了延津县下新近系热储层对井采灌试验。研究得出,研究区地温梯度为3.0～3.5℃/hm,延津县城一带由于新乡—商丘断裂的导热作用,地温梯度高于3.5℃/hm,热储水化学类型为Cl-Na型。热储层中存在裂隙或破碎带(高渗通道),热储层的连通构造曲折复杂,但热储层中裂隙不发育;通过分析地热流体的单井回灌试验和生产性对井采灌试验监测数据,总结地热回灌工艺流程及回灌量衰减规律,分析其原因并提出对策。研究可为河南省地热实现对井回灌—开采提供示范和指导。     

HST3D程序及其在热运移模拟方面的实际应用

地下水源热泵系统是利用浅层地温能的一种主要方式,本文介绍了目前国内在浅层地温能研究中应用较广泛的热运移模拟软件--HST3D程序,并结合郑州市儿童医院地下水源热泵实际工程,探讨了HST3D程序在热运移模拟方面的实际应用。模拟并分析了该水源热泵工程运行8年来2口抽水井的温度变化,其中离回灌井较近的3号抽水井温度上升不超过1℃,离回灌井较远的6号抽水井温度上升不超过05℃,与实际水温变化基本一致。     

河南兰考地区地热回灌影响因素分析及对策

地热回灌是保障地热资源可持续开发利用的关键环节之一。本文结合河南兰考地区热储层地质条件、水质特点、地热井井管材质,开展了室内腐蚀观察实验和PHREEQC地球化学模拟软件分析,从化学沉淀趋势、地热水腐蚀性和钻井成井工艺方面分析了回灌效果的影响因素,并从地热水水质处理、地热井井管材料选择、钻井与成井工艺优化、回灌温度、项目选址等方面提出提高回灌效果的建议。     

热采井套管受力有限元模拟研究

热采井套管服役情况较为复杂,套管损坏情况日益严重。采用数值模拟手段对热采井套管的受力情况进行了研究,研究结果表明:相比于注汽前,注汽后产生的热应力致使套管有效应力增加较大,显著提高了套损的发生概率,随着注汽湿度、注汽速度和井底压力的增加,套管有效应力逐渐增加,但增加幅度逐渐减小最后趋于平缓,而井底套管有效应力随着注汽温度的增加呈线性增加。     

煤层气解吸-扩散-渗流过程的气-固-热耦合模型

考虑煤层气解吸引起的温度变化及其对后续吸附气体的解吸、游离气体状态的影响,及气体扩散系数的动态变化及修正系数对窜流项的影响,基于孔隙-裂隙双重介质模型建立了煤层中气体解吸-扩散-渗流过程的气-固-热耦合模型,开展了煤层气抽采过程的数值模拟与机理分析。研究结果表明:(1)修正窜流项后的气-固-热耦合双重介质模型相对于窜流项修改前的模型与试验结果更为接近;(2)未修正Langmuir模型考虑了温度降低及其对气体扩散、渗流过程的影响,但没有考虑温度降低对气体解吸量的影响,会导致煤层气抽采量估计值偏大;(3)各向同性模型有可能得到与各向异性模型一致的气体含量曲线,但气体含量分布存在显著差异,渗透率各向异性导致的煤层整体在某方向的渗流优势要大于抽采孔布置形式导致的渗流优势;(4)扩散系数较高时,渗流过程是影响煤层气抽采效率的制约环节,必须考虑渗透率的各向异性特征对气体运移全过程的影响。     

热采井套管热固耦合作用数值模拟分析

套管损坏是热采工艺中出现的主要问题之一,其主要影响因素是热力耦合作用。应用多物理场耦合数值模拟软件COMSOL Multiphysics对热采井套管的热固耦合问题进行了数值模拟,通过应力和温度的耦合计算,得到套管受力变形情况并分析结果。     

煤岩力热耦合渗流特性实验装置开发与应用

为深入研究多因素综合作用时煤岩瓦斯渗流规律,自主研制了煤岩力热耦合渗流特性实验装置。实验装置优势明显:可在模拟煤储层原位地质条件下,开展温度、含水率、地应力及注气压力多因素耦合作用下的煤岩瓦斯渗流特性实验,且回压控制系统的设计保证了煤岩渗流特性实验与煤矿现场实际情况相符。同时,利用实验装置进行了多因素综合作用下的瓦斯渗流特性实验研究。结果表明:恒定温度、注气压力条件下,随加载应力的增大,煤样渗透率大幅下降,但加载应力增幅相同时,渗透率下降幅度明显变小;煤样渗透率随含水率的增加逐渐减小,但减小趋势逐渐减缓,且两者符合负相关关系变化规律。     

基于三维精细地质模型的煤层气排采过程压降特征研究

根据研究区地质资料和生产数据,采用三维地质建模和数值模拟的方法,对研究区生产井进行了生产数据分析和历史拟合,研究了不同孔隙度、渗透率、储层厚度、井间距、排水速率、排采时间和井底流压条件下的储层压力扩展动态,分析各因素对压降传播的影响,研究认为:孔隙度偏小、渗透率偏大、储层厚度偏小、井间距偏小、排水速率偏大、排采时间偏长和井底流压偏低,更有利于压降漏斗在储层中的扩展。     

天津攻克孔隙型地热回灌技术难题

不久前,天津地热勘查开发设计院在滨海新区选取三处地热利用系统进行孔隙型热储地热回灌井建设,回灌量和回灌持续性都实现了历史性突破,标志着孔隙型热储回灌技术这一世界性难题的攻克。近年来,在地热资源开发工程中,天津市注重资源和环境的保护,在地热资源回灌管理和技术研究方面取得了突飞猛进的发展,至2010年地热资源年回灌总量达到753万立方米,其中新审批地热利用     

考虑蒸汽相变煤层气注热开采数值模拟研究

为研究蒸汽相变对煤层气注热开采的影响,首先,基于传热、传质和应力守恒原理,建立考虑蒸汽相变影响的煤层气注热开采热-流-固耦合三相二组分模型;其次,采用有限容积法离散和牛顿-拉夫逊迭代对耦合模型进行求解;最后,利用二维五井注采物理模型,分别对注250℃蒸汽、250℃热水和直接抽采3种方案进行数值模拟研究.结果表明:在设定...     

河南浅层地热能开发利用环境影响研究

地下水源热泵系统是浅层地温能开发利用的一种主要方式,近年来在国内被广泛推广.本文结合河南省郑州市儿童医院地下水源热泵实际工程,应用HST3D程序研究了该工程运行后对地下水环境所产生的影响.模拟结果显示,工程运行8年来地下水温度有微弱上升,其中离回灌井较近的3号抽水井温度上升了0.5度,离回灌井较远的6号抽水井温度上升了0.2度,与实际水温变化基本一致.     

油田区地热资源的集约化开发利用浅析-以滨海新区为例

滨海新区分布大量可改造的油田废弃井。通过分析研究区3口废弃井成功改造实例,结合区内地热赋存特征,探讨油区地热资源集约化开发保障措施。区内采用的“一采两灌”开发模式获取了回灌井瞬时回灌量最大64m3/h、稳定回灌井60m3 /h的试验参数,建立了石油井改造采灌示范工程,对今后滨海新区油区地热资源的开发具有重要的指导意义。射孔目的层为新近系馆陶组Ⅲ段,预测改造后的石油井水温度55～70℃,单井涌水量50～80m3/h,能有效地实现采灌平衡,保证地热资源地可持续开发利用。     

油田区地热资源的集约化开发利用分析:以滨海新区为例

滨海新区分布大量可改造的油田废弃井。通过分析研究区3口废弃井成功改造实例,结合区内地热赋存特征,探讨油区地热资源集约化开发保障措施。区内采用"一采两灌"开发模式获取了回灌井瞬时回灌量最大64m~3/h、稳定回灌井60m~3/h的试验参数,建立了石油井改造采灌示范工程,对今后滨海新区油区地热资源的开发具有重要的指导意义。射孔目的层为新近系馆陶组Ⅲ段,预测改造后的石油井水温度55～70℃,单井涌水量50～80m~3/h,能有效地实现采灌平衡,保证地热资源地可持续开发利用。