地热生产井井筒内流体温度分布预测研究

本文对比分析了地热生产井和石油生产井生产过程和井筒流体温度状态的特点和区别,针对地热井地层温度和热量传导的特点,运用流体力学基本理论、传热学基本理论,建立了符合地热井特点的井筒轴向温度分布稳态模型。运用此模型,结合A井生产过程中的实际数据,对稳态下生产管柱内流体温度分布特点进行了分析,根据分析结果,得出使用考虑变地温梯度的模型计算结果更符合生产实际,通过优化生产排量和泵管保温层厚度,能够有效的提高产液温度。     

地热井钻井液对井壁温度分布的影响研究

地热井钻井作业时,井深越大,井眼温度越高,给钻探施工造成的难度越大,因此有必要研究井内循环温度分布。通过分析钻井液循环时热量传导过程,利用井筒温度控制方程,结合雄安新区地热井工程实例中的各项参数,使用全隐式有限差分法求解方程,求解井内钻井液循环时各部分的温度分布。且通过方程模拟研究了钻井液的密度、粘度、排量等工程参数对井壁温度分布的影响,结果表明:钻井液密度、粘度、排量越大,井壁温度越低,井底附近的井壁温度降低幅度越大,其中钻井液的排量改变对井壁温度分布的影响最大。模拟研究结果对于现场施工设计有一定的参考价值。     

塔中孔隙性砂岩地热井产液温度影响因素分析

为了分析地热井井口产液温度的影响因素,建立了井筒总传热系数模型,还对井筒温度场进行了模拟,并用塔中一口井的实测数据进行了验证。利用该模型,分析了井身结构、开采时间对井口产液温度的影响。结果表明:用7″套管生产较用油管具有更高的产液温度,原因是由于日产液量高。分解总传热系数发现,7″套管生产时井筒总传热系数[21.6w/(m~2·k)]较油管高[2-7/8″油管与3-1/2″油管分别为19.0、19.6w/(m~2·k)]。     

基于稳态导热的矿井调热圈半径与温度的计算方法

为获得矿井调热圈导热规律,基于传热学稳态导热理论,简化调热圈导热模型,将其以最终要达到的稳态温度场考虑,并将调热圈导热过程以圆筒壁导热模型展开分析,将岩石导热系数和巷道表面传热系数视为定值,得出调热圈半径与温度的计算公式,揭示调热圈导热受到岩石导热系数、表面传热系数、巷道半径、原岩温度等多因素影响。通过实测数据和FLUENT软件数值模拟实验,检验调热圈半径与温度的计算公式,结果表明该计算公式基本符合调热圈导热规律,具有理论和实用价值。     

基于井内实时水力学模型的环空压力计算及分析

实时水力学模型是现代钻井工程用于预测井下情况最重要的方法之一,通过分析实时水力学模型的影响因素,建立了一套井筒实时水力学计算与分析模型,包括井筒环空压力和当量循环密度(ECD)的计算。该模型充分考虑了钻柱旋转对速度分布的影响。同时,模型紧密结合参数随温度压力和工况的变化,使计算结果更加贴近井下实际情况,提高了该水力学模型计算结果的准确性,使之更具实用性。     

蓄热式钢包烘烤器钢包内衬温度分布数值分析

为了分析蓄热式钢包烘烤装置的加热均匀性,在连续性方程、动量方程和能量方程基础上,建立了多入口、多出口的非稳态钢包烘烤数学模型。采用k-ε模型和修正的速度-压力耦合算法SIM PLEC,针对耦合流体流动、燃烧和换热过程,对不同气体预热温度下钢包内衬温度分布进行数值研究,并进行实验验证,数值计算结果与实验及工程现象基本吻合。研究结果表明,采用高温空气燃烧技术的蓄热式钢包烘烤器,能够有效提高钢包的烘烤速度和加热均匀性;气体预热温度越高,高温低氧燃烧特性越明显,包衬终点温度越高,温度均匀性也越好。     

基于热力学理论的涡流管制冷特性研究北大核心

为探究热力学理论对应用于创造矿下人工环境的涡流管制冷特性的影响,基于涡流管的能量交换和分离的原理,利用热力学第一定律和热力学第二定律的理论,分析涡流管内部流体热力学特性,探求冷、热流体能量分离机理,获得其制冷特性;利用三维的流体域耦合方法,建立的连续-非连续模型,通过不同数学模型和不同计算方法的计算,与Aljuwayhel的实验结果进行对比,以制冷效应差异作为判定指标,确定了使用SIMPLEC算法实现压力和速度耦合变量的分离求解,采用各向异性的雷诺应力RSM湍流模型最为精准,计算得到制冷效应偏差在12%以内;涡流管内流场的分析可知,管内的流体速度、流体压力、温度流场分布与基于热力学设计的理论基本相符,模拟的管内内部流体温度分离引起的静温变化是由流体热量和功转换所引起的结论,验证了涡流管内部能量传递过程。     

高速切削数值模拟技术浅析

依据大变形理论和虚功原理对高速切削过程进行分析,建立了基于拉格朗日描述的有限元控制方程并采用二维有限元模型进行模拟。有限元模型综合考虑了热力耦合,材料本构关系,接触规律,分离准则及切削过程中动态因素的影响。数值模拟重点考察了非稳态的切屑形成过程及切削过程中的应力、温度、切削力的分布情况,并对模拟结果进行分析和验证,指出所建立的有限元模型是合理的。     

煤层气井煤粉颗粒表观机械运移规律

煤粉颗粒在煤层气井的排采过程中会随着流体运移至井筒,研究煤粉颗粒在井筒中的运移规律,对于优化排采参数、避免煤粉在井筒内沉积甚至埋泵非常必要。自行设计了煤粉颗粒运移实验装置,开展了煤粉颗粒静态沉降实验和动态运移实验,得到了煤粉颗粒静态沉降末速和最小携带速度。结合球形颗粒自由沉降末速的理论计算公式,建立了煤粉颗粒实际沉降末速的计算模型,并确定了不同目数煤粉颗粒的最小携带速度与实际沉降末速间的关系,最终建立了煤层气井最小日排水量的计算公式。研究表明,对于产水量较小的井,流体携带煤粉颗粒的能力与煤粉颗粒的粒径、井筒内流体流速间的关系敏感,本文提出的最小排水量计算公式对于煤层气井的排采参数设计具有一定的指导作用。     

蓄热式钢包烘烤器钢包内衬温度分布数值分析

为了分析蓄热式钢包烘烤装置的加热均匀性，在连续性方程、动量方程和能量方程基础上，建立了多人口、多出口的非稳态钢包烘烤数学模型。采用k-ε模型和修正的速度-压力耦合算法SIM-PLEC，针对耦合流体流动、燃烧和换热过程，对不同气体预热温度下钢包内衬温度分布进行数值研究，并进行实验验证，数值计算结果与实验及工程现象基本吻合。研究结果表明，采用高温空气燃烧技术的蓄热式钢包烘烤器，能够有效提高钢包的烘烤速度和加热均匀性；气体预热温度越高，高温低氧燃烧特性越明显，包衬终点温度越高，温度均匀性也越好。     

淮南矿区地热地质特征与地热资源评价

为了探索淮南矿区地热地质特征和矿井深部热害防治对策,系统收集和分析了淮南矿区钻孔井温测井资料,基于近似稳态测温数据,拟合了测温孔孔底温度校正曲线,对简易井温测井钻孔孔底温度进行了校正;采用浅钻孔测温法,对井下巷道围岩温度进行了测定;计算了各井田的地温梯度,并结合110块煤系地层煤岩样品的热导率测试结果,计算得出淮南矿区的大地热流值,编制了淮南矿区现今地温场、地温梯度和大地热流分布图,在此基础上,系统论述了该区现今地温场、地温梯度和大地热流的展布趋势以及煤系岩石的热物理性质,探讨了地温场分布的构造控制作用,并对矿区地热资源进行了评价。研究结果表明:①淮南矿区测温井底温度恢复与静井时间符合指数函数关系,并据此建立了简易井温测井钻孔孔底温度变化的校正公式;②淮南矿区地热参数表现为地温梯度为1.00～4.00℃/hm,平均值为2.8℃/hm;大地热流值变化在31.87～92.68 mW/m~2,平均值为65.50 mW/m~2;-500 m水平平均地温为29.96℃,-1 000 m水平为41.84℃,-2 000 m水平为69.62℃;岩石热导率在0.37～5.22 W/(m·K),平均值为2.93 W/(m·K);③平面上地温梯度、地温场、大地热流总体呈现为西低东高、南低北高的分布趋势;④矿区现今地温场和大地热流分布主要受控于地质构造,表现为褶皱型、逆掩断层阻热型和导水断层传热型3种构造控温模式;⑤基于地热资源评估,该区热储层地热资源量为2.32×10~(16) kJ,可采热能储量为2.64×10~(15) kJ,矿井水和矿井回风余热资源量为0.97×10~(13)～1.26×10~(13) kJ/a,是一个可再生的低温热源,潜在效益显著。研究成果为淮南矿区深部煤炭开发热害防治和地热资源综合开发利用提供了地质依据。加强煤矿区深部地热资源和矿井余热资源的评价、利用研究,应是煤矿区可持续发展的方向之一。     

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。     

献县地热田地温场特征及控热因素研究

献县地热田位于冀中台陷和沧县台拱2个构造单元之间，热储层自上而下可分为上第三系孔隙型热储层和基岩岩溶裂隙型热储层。分析了献县地热田的地热地质条件和地温场特征，从热源、地下水活动、地热流体成因和演变过程、岩性以及地质构造方面研究该地区地温场的控制因素。研究表明，献县地温场横向分布形态与地质构造单元相对应，纵向上受岩性和地下水活动的影响。地热田的主要水源为大气降水，热流沿断裂或基岩斜坡进行汇集，构造格局制约热流方向，是以热传导类型为主的平原圈闭型地热田。     

层状热储大体积单井循环换热循环动力设备扬程模拟计算

本文以国内外现有裂隙热储和层状热储循环换热模型为基础,提出一种适用于河北平原馆陶组层状热储稳定隔水层空间大体积单井循环换热取热不取水技术。该技术利用封隔器将热储段以隔水层为界分为上下两层,中间下入保温管,下抽上灌,顶端为井下换热器,以软水为换热介质,通过换热器换取地热流体中热量,达到取热不取水的目的。以河北东部平原地热井为例,按照黄金分割比例配置保温管外径,根据管材结构、流体流速、粘性系数、运动粘度等确定雷诺数,绘制莫迪图,划分流体状态,选择沿程阻力系数经验公式,模拟地热流体沿程水头损失、局部水头损失、水头提升值和动能水头,确定循环动力设备扬程。同时发现,局部水头损失为沿程阻力水头损失的0.23%~0.44%,水头损失以沿程阻力水头损失为主;当循环流量分别为30 m3/h、50 m3/h时,扬程分别为121.631 m和168.191 m。     

双竖直井开采美国沙漠峰深层地热数值模拟

建立了沙漠峰双井式增强型热储的概念模型, 并利用TOUGH2求解了模型。结果表明, 利用双井系统开采沙漠峰热储是可行的, 系统的流体循环量为30 kg/s, 30年内的产热功率和产电功率分别为18.90 MW和3.42 MW左右, 储层水流阻抗最大为0.095 MPa/(kg/s); 在0.7~17.30年间储层温度和压强逐渐降低, 水流阻抗逐渐增大, 系统只产出液态水, 而17.30~30年间储层温度、压强、水流阻抗基本保持不变, 生产井井口附近液态水不断汽化, 系统产出液态水和蒸汽的混合物, 且气体产量逐渐增大。     

许疃煤矿地温分布规律及热害预测分析

通过收集整理矿井内地温资料及井下采样分析测试岩石热物理参数，利用基于有限元的Comsol Multiphysics数值模拟，分析主采区的地温分布特征及致热因素，并将实测温孔与数值模拟对比验证，研究许疃煤矿地温分布规律及其影响因素。同时计算获取研究区内大地热流值，绘制矿井热害影响程度分区图，预测受热害影响的范围，为煤矿下一步的热害防治提供有针对性的对策。     

非常规气藏储层改造体积评价方法研究

为精确描述非常规气藏压裂后的复杂流动特征及定量评价储层改造体积（SRV），利用自主研发的缝网重构算法“破裂树生长法”建立压后缝网模型，并以此为基础提出了使用拟稳态流动时特定的压力等值线来确定SRV范围的定量评价方法，最后以长宁201井区为例进行了矿场实例分析。该方法根据微地震监测点的位置，重构出微裂缝网的连通关系。在复杂微裂缝网的基础上建立离散裂缝地质模型并进行生产数值模拟，根据数值模拟结果的压力分布精确划定SRV的范围。利用该方法计算出长宁201井区的SRV体积为0.052 1 km3，以该缝网模型的数值模拟产量预测结果符合实际生产规律，方法实用性较好。     

磺化沥青钻井液在贵州地热勘探井中的应用

贵州省岩溶裂隙地层发育,地层复杂,地热勘探井施工难度大。根据磺化沥青的基本特性,分析了磺化沥青钻井液护壁防塌机理,确定了性能合理的磺化沥青钻井液配方,并在贵州省铜仁市西部地区地热水资源整装勘查沿河勘查区块地热勘探孔(ZK2)进行了生产应用。实际施工表明,磺化沥青钻井液护壁防塌效果良好,提高了钻井效率,取得了良好的经济效益。结合实际应用情况对磺化沥青在地热井施工中的使用提出了建议。     

豫西栾川潭头盆地地热地质特征研究

通过分析豫西栾川潭头盆地断裂系统、热储成因类型、热储类型、地热流体流场特征及动态、地温场特征以及地球化学特征,研究了豫西栾川潭头盆地地热地质特征。研究得出,研究区内主要断裂为马超营断裂,为主要控热断裂;热储为断裂破碎带,呈带状展布;研究区恒温带埋深为30 m,平均地温梯度为3.70 ℃/hm;研究得到了地热流体化学组分特征、动态变化以及同位素化学与地热田成因。研究为地热水资源的开发利用提供了理论基础。     

断裂裂隙型地热田地温度场特征的分析与应用

断裂裂隙型地热田热储为断层破碎带和裂隙发育带,呈脉状或带状,受断裂构造控制,其各向异性特征明显,地热流体的分布严格受断裂构造控制。作者以英山西北汤河热田区为例,阐述了该断裂裂隙型地热田的地温度场特征,指出了采用“横向地热梯度最大值“、“横向地热梯度0值“、“垂向地热梯度值“、不同高程温度等值线和“垂向地热梯度场形态“如凹型或凸型等定量和定性指标来表述断裂裂隙型地热田的地温度场特征,论述了其地热地质意义和与主要导热导水构造的关系,并应用其相关指标来确定主要导热导水构造。