增强型地热系统中溶解二氧化碳对热储层溶蚀作用的实验研究

增强型地热系统(EGS)是通过人工形成热储层的方式从深部低渗干热岩体中经济地开采地热能的人工地热系统。为了增强热储层的孔隙度和渗透率,需要对热储层的人工裂隙实施化学刺激,增加深部岩体中地热能的采收率。文章针对松辽盆地地热储层岩石对CO_2的反应进行了实验研究,分别对目标储层的流纹岩和花岗岩进行了高温高压水-岩-气研究,结果表明,在溶解CO_2的作用下,石英、钾长石、钠长石和方解石均出现了溶蚀现象,其中方解石的溶蚀最为强烈。实验中发生了石英、伊利石和含"C"新矿物的沉淀反应。     

EGS地热能开发过程中水岩作用对热储层特征的影响

增强型地热系统(EGS)是一种从地下深部低孔低渗高温岩层提取大量热能的能量利用工程,通过注水孔注入的冷水在高温岩层中循环实现热量的提取。在EGS地热能开发过程中,冷水的循环扰乱了地下深部水岩系统的热平衡和化学平衡,导致部分矿物溶解或沉淀,进而改变储层的孔隙度和渗透率。文章利用不锈钢密闭反应釜进行室内高温水岩反应试验,结合数值模拟分析水岩相互作用对EGS热储层特征的影响。研究结果表明,注入冷水到花岗岩热储层中导致石英矿物沉淀,其相对质量分数增大13%,碱性长石、斜长石、黑云母矿物溶解,其相对质量分数分别减小7%,5%,1%,总体上使得溶液中Si元素浓度降低,Ca2+,Na+,K+浓度升高,储层孔隙度、渗透率均随时间逐渐增大,提高了EGS储层地热能开发的热提取效率。     

天津基岩热储对井系统回灌与示踪剂试验研究

地热回灌效应，与热储构造关系密切。在WR45对井系统抽水试验中发现在回灌井和开采井之间不存在明显的水力联系，地质条件分析也显示在这两眼井之间热储层连通性较差。为了探明回灌井和生产井之间连通渠道，1998年至1999年冬季在WR45进行示踪剂试验。结果表明生产井中可监测示踪剂浓度主要与热储层的地质和水文条件有关。     

地热外围回灌优化开发方案的研究

根据地质构造特征和地热资源评价,针对目前在资源开采阶段补建回灌井所面临的问题(包括断裂构造对热储层发育、地热流体径流补给通道等因素的影响以及地理位置的限定),提出了在中心采区外围实施回灌的新思路。结合不同采灌模式,对压力场和温度场的变化特征及影响程度分别进行分析。从分析结果可知,外围回灌将会较好的控制中心采区水位下降速率,延长热突破时间,最大限度地挖掘热储潜力,还可解决在中心采区补建回灌井空间位置不足的问题。     

加强地热回灌 小汤山热田水位显著回升

为有效保护地热资源，促进北京市地热资源的可持续利用。近年来，北京市地热管理处不断加强地热采暖回灌的管理，拟定并发布了《关于加强地热回灌保护地热资源的通知》，对本市地热采暖单位明确提出了限期进行地热采暖尾水回灌的要求。用地热水供暖单位中的大多数均采用了“对井”回灌技术，供暖尾水实时回灌到同一热储层中，全市年回灌量近100万m^3。     

供热规划区热储模型研究

地热尾水回灌作为一种处理手段和维持热储压力的一种方法，已在很多地热田有过实践，它对于开采第三系以上的热储层，控制地面沉降和环境保护有着重要的意义。本文针对低焓热储地热田研究了回灌的影响、回灌率、热储渗透率的分布，针对对井回灌开采供热系统做了理论分析，研究了回灌对维持热储压力的水平范围和冷峰面的作用，对井的合理井间距等，将对井模拟研究应用于天津地热田。     

浅议孔隙型热储的回灌能力

河北平原的地热资源多数储存在第三系孔隙型热储层中,是目前我国地热资源开发的主要热储层之一。由于河北省对该热储层的开采规模扩大、开发利用水平偏低、资源浪费较严重,致使多个地热田的地热水位下降速率惊人。目前,有的地热田已面临资源枯竭的危险。因此,对孔隙型热储层实施地热尾水的回灌已势在必行。本文以第三系孔隙型热储层的回灌试验数据为基础,对孔隙型热储层的回灌能力及回灌的可行性进行初步的研究。     

注采井间裂缝对地热回灌的影响研究

天然裂缝和压裂诱导裂缝是地热储层主要的储集空间和流体渗流通道,是影响含裂缝热储资源可持续利用的关键因素。文章考虑渗流对地热储层传热过程的影响,建立了含裂缝地热储层的渗流-传热弱耦合模型,并结合"一采一灌"的对井注采模式,分析了裂缝的倾角、长度、宽度等特征参数对地热储层渗流场、温度场的影响。分析结果表明:裂缝的倾角、长度、宽度等特征参数对生产井热突破现象影响较大,裂缝的倾角越小,长度、宽度越大,生产井越容易产生热突破,且当裂缝处于注、采井连线上时,热突破的速度最快;当裂缝的各特征参数一定时,通过优化注、采井与裂缝之间的方位关系,可以延缓生产井的热突破进程。     

天津地热对井回灌系统中的同位素示踪技术

为深入分析地热回灌开采中回灌水的运移规律、求证热储参数，本文选取二组中元古界雾迷山组地热对井，分别注入放射性同位素巧^35S（T12=87天）、^125I（T12=60天）进行示踪试验，并分别于第130天、51天检出峰值，以此数据计算出热储层的渗透系数、导水系数等有关参数，与传统的抽水试验算出的结果吻合良好。注入示踪剂在地层中的运移方向也与抽水试验观测到的结果完全一致，且形象直观，检出精度更高。同位素示踪技术能为进一步深入研究热储层在回灌前后压力场、温度场、水化学场的变化特征提供大量基本数据，也为天津乃至华北地区地热资源实施循环开发提供有效的技术保障。     

资源评价与数值模拟在对井回灌系统中的应用

主要针对低焓热水型地热热储，分析了对井系统种类参数依赖的因素，关系以及相关程度，回灌率的选取，渗透率在含水层中三维分布情况对开采区域的影响，回灌对维持热储压力的水平范围和回灌冷水的影响程度，对井的合理井间距等，并针对兰庄地热田地热地质的非均质，各向异性特点，研究了该区的地热地质构造特性，地下资源储量，水资源补给可能性，评价了该地区地热资源的开发潜力。     

天津地热回灌试验分析及存在问题

在分析天津地区地热地质背景、地热资源赋存条件的基础上，结合地热回灌试验历程及目的，划分出回灌发展的4个阶段。并研究在不同热储层回灌水温度、压力、回灌方式对地层吸水能力的影响和回灌条件下热储层水文地质条件的变化，并对存在问题和发展前景进行了分析和探讨，为下一步工作的开展积累了丰富的经验和参考资料。研究表明：在天津实施地热回灌开采是可行的，它对延长地热田的开发寿命、改善生存环境、保持资源的可持续利用是非常有效的。     

油区地热能开发新工艺的研究

在油区地热资源开发过程中,应用井内换热和尾水回灌的对井供热系统可以提高地热资源开发效益、避免地热水资源浪费和实现可持续发展。文章使用了地热储二维分布模型和井筒传热模型．通过对地热储的数值模拟预测了尾水回灌过程中地热储的压力响应和冷却效应,通过对井筒的热力计算得到了井内换热器的最优设计方法。计算结果表明,地热储对尾水回灌的压力响应非常迅速,压力场能很快达到稳定;回灌冷水的影响区集中在回灌井的周围,冷区半径增长的速度越来越慢。井内换热器在最佳设置深度时,经济效益达到最大值;井内换热器设置深度不变,增大载热水的流量经济效益将增加,但是获得的热能温度下降。     

地热单井回灌渗流场理论研究

在地热开发过程中经常遇到如下问题：热储压力随开采量和时间的增加而降低，地热尾水排放造成热污染和资源浪费等。回灌是解决上述问题的有效方法。针对回灌过程中渗流场的动态变化，建立地热回灌渗流场数学模型，推导了渗透系数恒定与变化时不同条件下的单井回灌公式。实例分析表明：所得公式能够表征回灌渗流场中各变量之间的相互关系，可以解释和预测回灌过程中水头与流量的变化趋势。     

东营市城区地热热储人工回灌条件及分区研究

地热水资源开发利用往往伴生诸多环境地质问题,人工回灌是解决这些问题的有效途径和重要手段。影响人工回灌效果的主要因素有地质构造复杂程度、回灌水源类型,热储层厚度、渗透性能、储水能力,地热水头大小及溶气状况等。本文就东营市城区馆陶组、东营组地热水资源的人工回灌条件进行了论述,并利用综合方法开展了分区评价,划分出回灌条件好区、较好区、一般区和较差区。并对各区地热水资源人工回灌的可行性进行了讨论,提出相关建议。     

U型井取热不取水地热开采潜力及影响因素分析

取热不取水井筒闭循环采热工艺是开采地热水低产区、地热尾水回灌难地区地热资源的有效方式。为了研究U型井式闭循环地热系统对中低温砂岩地热资源的可持续开采能力,文章以河北任县已有的地热地质数据和短期供暖数据为基础,使用井-储耦合模拟程序T2WELL对U型井采热能力进行数值分析,探究U型井式闭循环地热系统对该研究区地热供暖的可持续潜力。此外,定量分析了不同关键工程参数对U型井提热能力的影响,以指导设计合理的U型井取热不取水地热开采方案。结果表明：U型井地热开采系统的产流温度和提热功率在同一个供暖季内随时间降低,在连续多个供暖季内也随时间降低,其变化趋势为先快后慢。基于文章模型研究,确定U型井式闭循环地热系统最适合的注采流量、回灌温度、水平井长度分别为60 m3/h,10℃和400 m。     

增强型地热系统中液-岩化学作用数值模拟研究

增强型地热系统（Enhanced Geothermal System, EGS）利用深层岩石中连通的裂隙网络进行流体工质循环,从而实现地热能的持续开采。EGS运行时循环流体工质会与深层岩石产生化学反应,引起岩石中矿物的溶解/沉积,使热储中的裂隙网络形貌产生动态变化,对地下流动与传热过程造成影响。本文分析了EGS中液–岩化学作用特点,详细阐述了在多孔介质热流动模型中耦合入液–岩化学反应的方法,基于已开发成功的EGS传热传质数值模型初步建立了传热–流动–化学（Thermal-Hydraulic-Chemical, THC）多场耦合数值模型,并使用该模型对五井布局EGS的长期运行过程进行了模拟分析,模拟时仅考虑方解石在水流体中溶解和沉积。模拟结果显示,循环流体的注入温度以及注入流体中的矿物离子浓度的设定十分重要。如果二者没有达到较为合适的“平衡”,就会导致注入井附近渗透率和孔隙率的持续变化,对EGS的导流能力造成极大影响。     

热采回灌井注水能力研究

地热回灌措施主要有三类:同井分层回灌、对井回灌和群井生产性回灌,它是实现地热资源可持续开发的有力措施。针对不同回灌井数量、注采井同时存在、不同边界条件、不同排布方式下,回灌井注水能力大小的计算模型进行研究,分析影响回灌能力的因素。研究结果表明,影响注水量的因素包括注入井周围是否有采出井,是否存在其他注入井,是否存在地层边界及边界的类型,注入井是否排列为井排以及排布的方式。增加地层渗透率、储层厚度,减小注入水的黏度及地层表皮系数,能够增加注水量。为了提高回灌井的注水能力,应选择厚度大、渗流能力高的地层,选择周围有采出井或地层中存在断层、断裂的情形,采用井排回灌时要选择环状井排。同时避免地层中存在不渗透层的情形,避免选择直线井排。对于注水井,水力压裂措施将极大地降低注水压力、提高注水排量。     

德国砂岩热储层地热水回灌实验

德国北部盆地地热资源开发利用的集中调查始于20世纪80年代初。1982年,德国第一次在砂岩层进行地热生产、回灌实验并建成第1个地热供暖系统,从1984年起向瓦伦镇的居民供暖后,在新勃兰登堡、新格莱维、柏林、诺伊鲁平及越来越多地区建成或筹建地热供暖和地热发电项目。用砂岩层作为热储层是一项新的技术方法。准确掌握地质知识和地球化学条件是地热利用项目规划、建设、运营成功的重要基础条件。地热回灌水过滤、地球化学、水文地质的数学模拟实验以及综合实验应用均为达到可持续利用之目的。本文重点介绍地质、地球化学条件以及地热回灌技术和实践经验。     

地热回灌井间压差补偿对回灌效率影响的分析

以天津滨海新区塘沽地区(533km2)馆陶组孔隙性地层为研究重点,建立地热热储概念模型和数学模型。利用TOUGH2软件拟合研究区内地热井的历史数据,模拟结果与监测数据吻合较好。在此基础上,进一步研究在60%和100%回灌率下,采灌井距从700m减至250m时地热流体的温度和压力变化。结果表明:随着井距的逐渐减小,开采井压力略有上升;当采灌井的间距由700m逐步减小至500m时,地热流体温度无明显变化;而当井距进一步缩小至250m时,发生热突破,地热流体温度在3～5a后出现明显下降。因此,综合考虑对井回灌压力补偿作用和温度场的影响,提出孔隙型热储地热采灌井的间距不宜小于500m。     

增强型地热系统热储层研究进展

热储层是增强型地热系统(EGS)中的关键一环,热储层激发效果的好坏直接影响到流体采热效果,选择适当的激发方法以及对激发效果进行实时评价是十分重要的。目前在热储层激发中最常用的方法是水力压裂法,化学激发法是次要方法 ,而热激发法则通常是辅助方法。从场地试验结果看,要想获得较好的激发效果,可以采取多次激发或多方法联合使用。利用微震监测、现场示踪试验和数值模拟等方法,可以分析热储层裂隙压裂情况、连通情况以及获得有关的热储层参数,进而对热储层激发效果进行评价,有助于EGS的设计和运行管理。EGS开发过程中热能开采率受到许多因素的影响,通过数值模拟手段能够分析影响EGS热能开发的内在因素(指热储层的各项参数,如热储层初始温度、渗透率、裂隙情况等)和外在因素(如井间距离、布井方式、注入流体温度、注入流体类型、井深等),了解每个因素的影响程度,这对于EGS的设计和开发是非常重要的。同时,通过数值模拟手段研究热储中THMC(温度场、渗流场、力学场、化学场)四场耦合作用,对于EGS的商业运行也是至关重要的。