井筒换热型地热井产出温度影响因素及预测研究

摘要

随着石油、煤炭等传统资源的逐渐枯竭，以及对环境要求的提高，迫切需要开发新的绿色能源。地热能是一种新的绿色洁净可再生能源，对地热资源的合理开发利用已愈来愈受到人们的青睐。地热开采方式可分为流体交换型和井筒换热型。流体交换型地热井将流体注入地层，通过流体和热能交换从产出井进行地热开采；井筒换热型地热井流体不进入地层，通过井筒进行热量交换。井筒换热型地热井将井身结构中的油套管作为同心管，油管套管之间加入隔热层，从套管一端注入油管采出，通过循环水进行热量采出。流体交换型地热井主要存在回灌难以及污染问题，由于井筒换热型地热井不与地层进行流体交换只交换热量，故不存在回灌难以及地层污染。产出温度受地层参数、生产动态、井筒结构等多参数影响，预测难度大。 本文利用CMG软件建立了多种井筒结构的地热井模型，包括竖直同心管换热井、单一水平段地热井、双水平地热井、多分支地热井等；对注入流体在地热井同心管中流动过程进行模拟，通过计算得到地热井井筒温度分布剖面和井口产出温度变化规律，并对井筒换热过程中井筒外地层径向温度场分布进行描述；在此基础上分别研究了注入参数、地层参数以及井筒参数对流体温度剖面和地层温度场的影响规律；应用多元非线性回归方法，建立了井筒换热型地热井产出温度与主控参数的回归关系，提出了产出温度预测模型。 研究结果表明，注入速度、注入水温、地温梯度、井筒垂深以及隔热层厚度是影响产出流体温度的主控因素，注入速度越大，产出温度越低；地温梯度越大，产出温度越高；井筒垂深越大，产出温度越高；井筒垂深越深，产出温度越高。建立的预测模型能够对不同条件下的产出流体温度进行准确预测，回归系数接近于一，具有良好的拟合精度。基于影响因素分析以及回归预测，对改善井筒换热型地热井换热效果的注入方式改变、间歇开采及多井同采等开发方式进行了探讨，结果表明通过套管注入、油管采出的流体循环模式是合理的，间歇开采以及多井同采能有效提高井筒换热型地热井换热量，从而提高经济效益。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内外油井地热开发现状

1.2.2 同心管型地热井研究现状

1.2.3 地热井传热计算模型研究现状

1.2.4 存在的问题

1.3 研究内容

(3) 换热型地热井产出温度回归预测

(4) 改善井筒换热型地热井换热效果方法探讨

1.4 技术路线

1.5 创新点

第二章 井筒换热型地热井数值模拟模型建立

2.1 井筒与地层换热过程数学描述

2.2 数值模拟表征模型建立

2.2.1 竖直同心管换热井模型

2.2.2 含水平段同心管换热井模型

2.3 井筒换热型地热井开发基础方案

2.3.1 竖直同心管换热井开发基础方案

2.3.2 含水平段同心管换热井开发基础方案

2.4 井筒压力以及温度分布特征

2.4.1 竖直同心管井筒压力以及温度分布

2.4.2 含水平段同心管井筒压力以及温度分布

2.5 地层温度场特征

2.5.1 竖直同心管地层温度场特征

2.5.2 含水平段同心管地层温度场特征

2.6 本章小结

第三章 井筒换热型地热井产出温度影响因素分析

3.1 竖直同心管产出温度影响因素分析

3.1.1 注入参数影响规律研究

3.1.2 地层参数影响规律研究

3.1.3 井筒参数影响规律

3.1.4 隔热层影响规律研究

3.2 单一水平段同心管地热井产出温度影响因素分析

3.2.1 注入参数影响规律研究

3.2.2 地层参数影响规律研究

3.2.3 井筒参数影响规律研究

3.2.4 隔热层影响规律研究

3.3 双水平井产出温度影响因素分析

3.4 多分支井产出温度影响因素分析

3.5 影响因素敏感性分析

3.6 本章小结

第四章 井筒换热型地热井产出温度预测模型

4.1 竖直同心管地热井产出温度预测模型

4.1.1 单因素产出温度曲线回归

4.1.2 多元非线性回归

4.2 单一水平段同心管地热井产出温度预测模型

4.2.1 单因素产出温度曲线回归

4.2.2 多元非线性回归

4.3 井筒换热型地热井换热量计算

4.3.1 竖直同心管地热井换热量计算

4.3.2 单一水平段同心管地热井换热量计算

4.4 本章小结

第五章 改善井筒换热型地热井换热效果方法探讨

5.1 注入方式研究

5.2 间歇开采可行性分析

5.2.1 间歇开采方案设计

5.2.2 间歇开采效果分析

5.3 竖直同心管地热井多井模式分析

5.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士期间获得的学术成果

致谢