单井闭循环地热系统可持续开发潜力数值模拟

为了提高地热系统的产热量、实现地热能高效可持续开发的目标，需要明确储层温度恢复在地热系统间歇运行过程中的作用及其重要性。为此，以吉林省松原市某实际供热场地的单井闭循环地热系统为研究对象，利用物联网技术进行地热系统智能监测与数据采集，采用TOUGH2-WELL模拟程序模拟了单井闭循环地热系统可持续开发的潜力；进而将实测、模拟数据进行拟合来确定精确的模型参数，通过改变注入温度和注入流速来探究最佳的开采方式。研究结果表明：①在现有开采模式下，地热系统运行30年后产热量下降17%；②若将注入温度由25℃提高到31℃，则出水口温度下降幅度变小，产热量降低10.5%；③若将注入流速从8 kg/s提高到20 kg/s，出水温度虽然降低约4℃，但岩层的热恢复情况较好，产热量增大2.67%。结论认为：①在保持注入温度不变的情况下，提高注入流速，系统长期运行后生产水温下降幅度较小，岩层的热恢复情况好，更有利于地热能的持续开采；②在保持注入流速不变时情况下，地热系统在长期运行后注入温度越高，出水温度下降幅度越低，储层热恢复情况越好。     

增强型地热系统井筒-储层耦合数值模拟分析

干热岩是指地下3~10 km处低渗透性的高温岩体。增强型地热系统(EGS)是利用水力压裂等作业措施形成人工热储层,通过注入载热流体以经济地开采出干热岩中热能的人工地热开采系统。目前,关于干热岩储层开采潜力是否满足商业开采目标,以及如何提高EGS开采潜力是EGS研究的重点。文章首先对EGS的发展及技术可行性进行了概述,然后以松辽盆地为研究场地,以水为载热工质,采用井筒-储层耦合数值模拟程序T2WELL对储层开采潜力进行了定量研究,并通过不确定因素和参数分析探讨了优化EGS开采潜力的可行方案。不确定因素和参数分析表明,储层初始温度、裂隙间隔、布井方式是影响储层开采潜力的关键因素,渗透率对储层开采潜力影响较小。     

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。     

青海省共和县地下热水水文地球化学特征研究

以青海省共和县地下热水为研究对象,对所取得的水样进行水化学以及氢氧同位素测试,并分析测试结果。结果表明：共和地区地下热水水化学类型以Cl-Na型为主;地下热水受到浅表层氧化作用的影响较大,所处环境的封闭性较差,有浅层地下水或地表水的混合;地下热水受大气降雨补给;地下热水热源和水源不是同一来源;地下热水未达到水岩平衡状态,估算出地下热水热储温度在37.59~108.22 ℃之间,循环深度为500~2000 m,属于中低温地热系统。     

基于机器学习方法的海洋天然气水合物水平井降压开采模拟—优化耦合模型

由天然气水合物（以下简称水合物）开采引起的含水合物沉积层力学变形问题不能被忽视，因其直接威胁到海域水合物的安全开采。为了找到甲烷累计产气量最优值与地层稳定性的关系，基于机器学习方法形成模拟—优化耦合技术，构建起水合物降压开采传热—流动—力学数值模拟模型、可以替代数值模拟模型的机器学习模型和以甲烷累计产气量最优为目标的混合整数非线性规划优化模型；在此基础上，选取南海北部神狐海域厚层Ⅱ类水合物藏W11站位为研究对象，获得了海底面沉降量约束下的水合物储层甲烷累计产气量及相对应的最优开采方案参数。研究结果表明：①模拟—优化耦合技术的关键是机器学习方法的运用，基于径向基函数人工神经网络方法而建立的替代模型计算精度较高，可以替代模拟模型来确定输入输出变量的关系，从而摆脱既定方案的限制，找到全局最优解；②模拟—优化耦合技术可以解决受含水合物沉积层力学响应特征影响的水合物开采方案优选问题，根据试采工程安全要求改变海底面沉降量最大允许值，可以计算得到相应的甲烷累计产气量，以及降压幅度、开采时间、井位布置、水平井段长度等最优开采方案参数；③随着最大允许沉降量增大，甲烷累计产气量增大，二者满足正相关关系；④海底面沉降量随着开采时间增长而增大，也随降压幅度增大而增大；⑤水合物开采引起海底面沉降主要发生在开采初期，为了获得较高甲烷累计产气量及较小海底面沉降量最大允许值，在开采初期必须减小降压幅度。结论认为，所形成的模拟—优化耦合技术适用性强，可以为水合物安全、高效规模化开采方案的制订提供支撑。     

T2Well单井地下水源热泵水-热耦合数值模拟研究

以北京地区实际井参数刻画的单井地下水源热泵为研究对象,利用T2Well模拟器对单井系统地源热泵运行过程进行全面模拟,并对主要参数进行敏感性分析,探究对单井系统生产井温度、热突破时间的影响。距离井筒相同位置不同深度的点,埋深越大受回灌水温度的影响越小。每个运行周期结束时,温度场分布都能得到一定程度的恢复(同一周期内初始温度场相比)。水平方向渗透率同垂向渗透率的比值越大,越有利于回灌水在含水层中的运移,可有效保证热泵系统的取热温差。初步预计一个单井水源热泵系统能满足北京地区约1.5万m2面积建筑的供暖需求,约1.6万m2面积建筑制冷需求。     

不同碎屑矿物CO_2参与的水-岩作用效应数值模拟

鄂尔多斯盆地地质历史上的2次烃源充注使得以CO2为主的气体进入砂岩储层,导致储层内发生了以水-岩反应为主的成岩作用,最终使储层发生高度致密化。鉴于储层致密化过程研究对有利储层的评价和预测极其重要,以鄂尔多斯盆地东北部下石盒子组8段致密储层为例,在实测水化学、矿物等数据的基础上,运用岩石学测试分析及数值模拟方法,利用简化的二维地质模型,采用多相、多组分反应溶质运移程序TOUGHREACT,研究不同碎屑矿物条件下,CO2进入储层后所发生的水-岩反应及其对储层孔隙度的影响,确定了最有利于储层致密化形成的碎屑矿物条件。结果表明,长石类矿物溶解所产生的自生高岭石、伊利石及铁白云石是造成储层孔隙度和渗透率减小的主要矿物。绿泥石在CO2-水-岩作用的过程中,极易发生溶蚀,主要产物为铁白云石。碎屑组成中较高含量的含钙矿物对于储层的致密化有重要意义。含钙矿物总体积分数为0.315时,在CO2参与下发生的水-岩反应中,孔隙度最大降幅可达40.0%。     

高压旋喷灌浆法改造近井储层对海洋天然气水合物降压开采潜力影响研究

该文采用高压旋喷灌浆技术对近井储层进行改造,通过在井壁周围形成高渗透泡沫砂浆旋喷桩,结合降压来提升水合物开采效率。以印度K-G盆地NGHP-02-16站位砂质水合物储层为研究对象,构建近井储层改造强化水合物降压开采模型,利用TOUGH+Hydrate对所提方法的增产效果进行数值分析和定量评价。结果表明：近井储层改造能有效提升水合物降压开采效率;水合物开采效率随旋喷桩改造半径和渗透率的增加而增加,但不受旋喷桩孔隙度的影响;降压幅度增大可进一步提升近井储层改造结合降压开采的增产效果。