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U型地热井取热影响因素数值模拟研究

能源化工 2024年第3期45卷 1-6页

作者：齐治虎刘文强姬玉平徐影刘卫娟刘均荣河南豫中地质勘查工程有限公司河南郑州450000 河南省钻井工程技术研究中心河南郑州450000 河南省自然资源科技创新中心(非常规天然气开发研究) 河南郑州450000 中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580

中深层地热是未来地热资源开发的潜力区,U型地热井是实现中深层地热高效开发的一种重要手段。以河南豫东地区地质与储层资料为基础,以3000 m深U型地热井为研究对象,采用多物理场数值模拟软件建立U型地热井井筒与周围地层耦合的物理模型... 详细信息

中深层地热是未来地热资源开发的潜力区,U型地热井是实现中深层地热高效开发的一种重要手段。以河南豫东地区地质与储层资料为基础,以3000 m深U型地热井为研究对象,采用多物理场数值模拟软件建立U型地热井井筒与周围地层耦合的物理模型,通过数值模拟研究了不同运行情景下各种因素对井口温度和取热量的影响。研究结果表明,该区在满足用户负荷情况下的合理水平段长度约为1000 m,管道内径为177.8 mm,保温段长度为1500 m;管道内径和水平段长度影响水平取热段的温度扰动突破时间,井口温度在该时间之前基本保持稳定;U型地热井上升段周围地层温度存在“降低、平衡、升高”三个变化区域,合理的保温段长度不宜超过平衡区域。

关键词： U型地热井井口温度取热功率数值模拟

基于热——流—固耦合的多分支径向井地热开发模型及其取热效果分析

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天然气工业 2023年第3期43卷 133-144页

作者：王天宇周小夏李根生王元田守嶒油气资源与探测国家重点实验室·中国石油大学(北京) 地热资源开发技术与装备教育部工程研究中心

多分支径向井地热开发取热系统是开采地热资源的一种新方法,具有单井注采一体、换热面积大、沟通能力强等优势,其中布井参数和储层条件是影响其取热效果的关键因素。为此,建立了基于热—流—固多物理场耦合的单主井筒多分支径向井传热... 详细信息

多分支径向井地热开发取热系统是开采地热资源的一种新方法,具有单井注采一体、换热面积大、沟通能力强等优势,其中布井参数和储层条件是影响其取热效果的关键因素。为此,建立了基于热—流—固多物理场耦合的单主井筒多分支径向井传热模型并验证了模型的准确性,对比了直井与多分支径向井的取热效果,研究了布井参数、天然裂缝缝长等因素对系统取热效果的影响。研究结果表明:(1)在取热过程中岩石发生收缩变形,裂缝渗透率显著提高,但促进了冷锋入侵现象,进而加剧了热突破,缩短了系统的取热寿命;(2)增加分支井数量,可增大水平方向的取热区域,沟通更多天然裂缝,保持较高的取热温度和取热功率,其中6分支井为最优井数,最优取热总量为7.37×10^(15) J;(3)分支径向井越长,储层降温越慢,平均每增加1 m,生产温度升高0.16℃;(4)增大井间距,能延缓热突破,提高系统取热效率,延长高温取热时间,最优井间距为350 m,年取热功率为8.28 MW;(5)系统取热功率随着天然裂缝缝长的增加而降低。结论认为:(1)相较于直井,多分支径向井能沟通更大体积的高温储层,能获得较高的取热功率和取热总量,在30年取热时间里,热储采出程度增加了8.72%,有利于提高地热系统的经济效益;(2)岩石形变对取热系统有着重要影响,在进行取热效果模拟及经济性评价时必须予以充分考虑。

关键词：干热岩热—流—固耦合多分支径向井布井参数天然裂缝热应力取热功率参数分析

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多分支井地热系统CO_(2)与水的取热效果对比

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天然气工业 2021年第11期41卷 179-190页

作者：石宇宋先知李根生许富强崔启亮西南交通大学地球科学与环境工程学院中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室

多分支井地热系统是开采地热资源的新方法,具有单井注采循环、井眼与储层接触面积大、井眼与裂缝沟通能力强等优势,其中取热工质的采热能力与稳定性是决定地热系统取热效果的关键因素。为了深入分析CO_(2)与水两种常见工质的取热效果,... 详细信息

多分支井地热系统是开采地热资源的新方法,具有单井注采循环、井眼与储层接触面积大、井眼与裂缝沟通能力强等优势,其中取热工质的采热能力与稳定性是决定地热系统取热效果的关键因素。为了深入分析CO_(2)与水两种常见工质的取热效果,建立了多分支井地热系统井筒—储层耦合的流动传热模型,数值模拟了中、高温热储条件下,CO_(2)与水在多分支井地热系统储层和井筒中的流动传热规律。研究结果表明:①CO_(2)在中心保温管上返过程中会降压膨胀做功,产生显著温降效应,温度降低超过60℃;②CO_(2)在中心保温管和环空内密度差异大,产生的浮力作用可实现自主循环取热;③在150~200℃的中温储层中,当CO_(2)的注入质量流量为水的2.6倍时,CO_(2)和水从储层中采出的热量相当,但CO_(2)的浮力作用优势明显,具有更好的取热效果;④在超过200℃的高温储层中,水的黏度降低、热容升高、密度差异增大,其取热功率显著高于CO_(2),并且水的循环压力损耗明显降低,减弱了CO_(2)的浮力作用优势,因此水具有更好的取热效果。结论认为,流动传热模型和数值模拟证实不同温度地热地区应选用不同工质类型取热,为下一步地热资源的有效利用提供了理论支撑。

关键词：地热能 CO_(2) 多分支井数值模拟物理性质浮力作用取热功率循环压耗

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地热井下换热器传热性能的实验模拟研究

太阳能学报 2011年第5期32卷 655-661页

作者：陈雁戴传山孙平乐河南工业大学土木建筑学院郑州450000 天津大学机械工程学院天津300072

对基于井下换热器的模拟装置进行实验研究。井下换热器为U型铜管,采用装有35mm玻璃珠的方形箱体模拟渗透性含水层。通过改变U型管和井筒的几何参数实现不同尺寸的井、管配合,研究了U型管换热器入口水温、流量、含水层渗流速度等参数对... 详细信息

对基于井下换热器的模拟装置进行实验研究。井下换热器为U型铜管,采用装有35mm玻璃珠的方形箱体模拟渗透性含水层。通过改变U型管和井筒的几何参数实现不同尺寸的井、管配合,研究了U型管换热器入口水温、流量、含水层渗流速度等参数对井下换热器热输出的影响,得到了包括以上因素的井下换热器传热实验关联式。结果表明:与渗流速度相比,含水层热储与U管入口之间的温差是影响热输出的主要因素;热输出总量与该温差并非为线性关系,两支管外侧的平均对流换热系数在中等温差下达到最大值,而增加U型管内水流速可进一步提高外侧表面平均传热系数。

关键词：井下换热器自然对流多孔介质取热功率

关中地区中深层同轴套管换热器换热能力及提升措施研究

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热力发电 2023年第2期52卷 54-63页

作者：张杰王贵洋王鹏涛西南石油大学机电工程学院四川成都610500 西南石油大学地热能研究中心四川成都610500 中石化绿源地热能(陕西)开发有限公司陕西咸阳712000 陕西省“四主体一联合”地热能校企联合研究中心陕西咸阳712000

同轴套管换热器是实现中深层地热能井下高效取热技术之一,其换热能力对地热系统的可持续开发至关重要。以关中地区为例,考虑地层不均匀性建立中深层地热井同轴套管传热计算模型,研究注入温度、注入流量、埋管深度等因素对其取热性能的影... 详细信息

同轴套管换热器是实现中深层地热能井下高效取热技术之一,其换热能力对地热系统的可持续开发至关重要。以关中地区为例,考虑地层不均匀性建立中深层地热井同轴套管传热计算模型,研究注入温度、注入流量、埋管深度等因素对其取热性能的影响,探讨间歇开采工况下注入温度和注入流量对热储层温度恢复的影响。结果表明:随着注入流量增加,出口流体温度下降,但整个系统的取热功率提高;当注入温度较高时,可有效提高出口流体温度,但系统取热功率降幅较大;随着地层深度增加,出口流体温度和取热功率逐渐上升;减小内管管径,增加外管管径,可有效提高出口流体温度和取热功率;热储层温度恢复能力随注入流量和注入温度的升高而提高;通过降低内管导热系数或选用双内管结构可以降低内管流体沿程温度损失,提高系统的出口流体温度。

关键词：中深层地热井同轴套管换热器取热功率间歇开采热储层温度恢复

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中深层U型地热井取热影响因素数值模拟研究

河南科学 2023年第3期41卷 329-335页

作者：姬玉平刘文强齐治虎徐影李亚辉刘均荣河南豫中地质勘查工程有限公司郑州450000 中国石油大学(华东)石油工程学院山东青岛266580 河南省地质研究院郑州450000

在“采热不采水”的背景下,U型地热井是实现中深层地热高效开采的一种重要手段.结合河南豫东地区地质与储层资料,以建设3000 m深U型地热井为对象,通过数值模拟研究了20年运行情景下运行参数对取热和出口温度的影响.结果表明,在满足该区... 详细信息

在“采热不采水”的背景下,U型地热井是实现中深层地热高效开采的一种重要手段.结合河南豫东地区地质与储层资料,以建设3000 m深U型地热井为对象,通过数值模拟研究了20年运行情景下运行参数对取热和出口温度的影响.结果表明,在满足该区用户负荷情况下,合理的注入水温度为9℃、流量为120 m^(3)/h;若要求较高的出口温度,建议采用导热油作为工作介质;在长期运行情况下,工作介质类型和流量影响水平取热段的温度扰动突破时间,出口温度在该时间之前基本保持稳定;建议从负荷要求和长期运行角度出发,优化确定合理的运行参数.

关键词： U型地热井影响参数数值模拟出口温度取热功率