面向成本的中深层地热储群井采灌优化布局研究

回灌是水热型地热资源开发的必由之路。但是,回灌冷水可能会引起热突破,致使开采井水温降低,热田寿命缩短。为此,需要对热田区开采井与回灌井进行合理布局,以实现地热资源可持续开发利用。本文基于地热系统数值模拟平台（OpenGeoSys）,采用面向成本的地热田采灌井布局优化方法,充分考虑热田地热地质特征、水文地质特征以及生产的实际需求,输出给定采灌情景下的热储温度与压力的变化,并利用成本核算模型,综合考虑热储压力和温度变化所产生的附加成本,以成本最低为优化目标,给出最优采灌模式。本文以牛驼镇地热田为例,对比了雄县地区群井开采背景下,对井采灌与集中采灌的经济成本。结果表明,对井采灌模式下,热田中心热储压力下降较小,但温度下降较大;集中采灌模式下,热田中心热储压力相对较大,温度下降相对较小。对其进行成本核算表明,在50年的开发寿命以内,采用对井模式产生的成本为1.4×10⁸元,采用集中采灌模式则为6×10⁷元,优于对井采灌模式。本文所采用的优化算法,适用性广,有助于地热田的可持续开发利用。     

渤海湾盆地南堡凹陷X平台馆陶组热储潜力评价

伴随能源结构调整及“双碳”目标的推进,地热资源的勘探开发逐渐成为热点。通过地质资料整理、地温梯度计算、热储厚度解释、水质分析及采灌数值模拟等方法,探讨了渤海湾盆地南堡凹陷X平台馆陶组地热地质条件,明确了地热资源潜力。研究表明,研究区馆陶组热储岩性以砂岩为主,砂地比介于36.5～54.9%之间;层顶界埋深在2160m～2340m之间,底界埋深在2880m～2996m之间,热储层有效厚度在223.4m～349.6m;热储层孔隙度介于11.4%～39.0%之间,渗透率平均为348.8×10-3μm2;地层温度介于80.8℃～95.6℃。热储资源量为10.683×1018J,折合标准煤约3.65亿吨;在流量为120m3/h的采灌平衡的条件下,得出地热水开采稳产30年的采灌井合理间距为400m。研究结果为我国含油气盆地的中深层水热型地热资源勘探开采提供了有效借鉴。     

基于机器学习的地热采灌方案优化方法

为了解决基于数值模拟的优化方法,通常需要大量模拟计算的问题,在比较不同机器学习方法的预测性能后,建立了基于多层感知机的代理模型,以降低计算成本,然后将其与遗传算法相结合,提出了非均质地热储层中地热对井系统采灌方案优化方法。通过地热田对井系统的案例研究,证明了所开发的采灌方案优化方法的合理性和有效性。结果表明,基于代理模型的采灌方案优化方法能以更低的计算成本,准确地找到给定开采井位置时最优的回灌井位置、采灌量和尾水温度。     

大型岩溶热储识别方法与规模化可持续开采技术

为了支持中深层地热资源取暖产业化发展,寻找热资源储量大且易于开发利用的地热聚集区和研发相应的高效率可持续开发利用的关键技术至关重要。经过20年的探索与实践,在继承和发展的基础上,我们完善了地热系统源通储盖分析理论原理和地热储层聚热机理的识别方法。在华北牛驼镇凸起上确定了首个大型岩溶热储,并且提出了二元聚热模式,在原有模式上发展为沉积盆地中低温对流-传导复合型地热系统。这是在华北克拉通独特地质构造-热背景上形成的渤海湾盆地特大型地热聚集系统。这个以中上元古界雾迷山组碳酸盐岩为主体的岩溶热储,储层厚度大,温度高、储层孔渗性好、水质优、易开采、好回灌。针对这类热地热资源可持续开采而研发的采灌优化设计技术和动态监测与数值模拟技术,形成了一整套热储开采技术。我们基于政、产、学、研相结合的思路,自2009年起,在河北雄县实施了百万平方米级中深层水热型地热清洁取暖示范工程。经过5年左右的建设,与2014年被国家能源局认定为“雄县模式”,并向全国推广。该项目超过了冰岛的雷克雅未克地热取暖项目,是迄今为止世界上最大规模的同类地热取暖工程。经过5年以上的运行监测和检验,项目实现了百分之百回灌的高质量发展标准,是真正意义上的地热清洁取暖示范工程。基于大华北地区和全国同类热储的对比研究,我们发现类似的热储还有很多,技术推广应用的前景广阔。     

外源水和同源水高效回灌热储可行性研究

长期的粗放式开采制约了水热型地热资源的可持续开发和利用。传统回灌模式通常要求“同层回灌”或“同源水回灌”，针对蓟县系雾迷山组热储的强回灌能力，本文利用水-岩相互作用实验方法，开展了外源水和同源水相结合的高效回灌模式的可行性研究。结果表明，该回灌模式理论上是可行的，但还需进行现场试验；综合回灌成本和效果，推荐在非供暖季和供暖季分别通过处理后湖水和地热尾水回灌来提高雾迷山组热储总的回灌量。     

保定市高阳县地热资源开发利用现状

地热作为可再生资源,目前国际上以有了较高、多等级的循环利用.高阳县有着丰富的地下热储资源,但存在资源利用率低、盲目开采、无地下水回灌等方面问题,对地热资源的可持续利用没有统一的规划管理,造成了地热资源的严重浪费.     

天津市地热供热单井回灌整合方法探析——以河西区某井为例

天津是我国地热资源开发较早的地区之一,但是随着需求的不断增加,地热资源开采量不断加大,影响了地热资源的可持续开发利用。地热供暖单井的资源整合是地热资源保护的重要工作之一,通过对河西区某井的地热资源整合,实现了地热资源的回灌开采模式,年新增地热回灌量37×104,,m3,为今后地热资源的整合工作起到了示范作用。     

多场耦合模拟技术在地热开采安全性评价中的应用

在地热特别是中深层地热长期采灌作业中,常常存在储层结构变化,甚至诱发地表变形破坏等安全问题。在地热开发的多个阶段需要开展开采安全性分析与评价研究。这些过程是典型的多场耦合过程,迫切需要多场耦合模型及数值模拟技术。本文介绍两个专用多场耦合评价工具,即水岩反应引起热储结构破坏的THC模拟器和采热诱发地面变形的THM模拟器,分析了两个模型的数学原理及其开发过程,并给出应用案例。     

含水层参数对同井回灌地下水源热泵的影响

模拟分析了含水层厚度、渗透系数比和不同含水层对同井回灌地下水源热泵地下水渗流和换热的影响．对于合理的水井设计，含水层厚度增大可以减小抽水、回灌压力，显著地提高抽水平均温度．抽、回水口的平均降深与渗透系数比的对数基本成线性关系．从热贯通的角度来说，渗透系数比是同井回灌地下水源热泵系统工程成败的关键．过小的渗透系数比显著加快系统的热贯通．渗透系数大小是抽水和回灌难易程度的决定因素．对于渗透性能不好的含水层，更应该关注抽水和回灌不能时含水层渗透系数产生影响。     

冀中坳陷雄县地热开采区地热资源的成因机制

雄县地热开采区是雄安新区地热资源赋存条件最好的地区之一,蕴藏着丰富的中低温地热资源。但是随着开采强度的增加,研究地热田的成因机制显得日益重要,是后期地热田资源评价工作和布置地热开采方案的重要依据。在结合前人研究成果的基础上,应用环境同位素研究地热储层流体的补给来源和热水年龄,并结合地热流体的水化学特征,初步分析了各热储层之间的联系程度和径流关系。研究表明,雄县的地热流体主要来自古大气降水,大部分是在长期的径流过程中由地热升温形成。雄县地热流体的年龄为31～36 ka。在自然条件下,新近纪地热流体与上层含水层之间的水力联系较弱,不同时期热储的地热流体之间的水力联系也较弱。通过分析雄县地热开采区地热地质构造背景、热储特征及地热形成机理,建立了热储的三维地质模型和数学数值模型,对区域内地热资源的开采和回灌进行了水热耦合模拟,计算结果与热储温度测量数据和抽水试验数据拟合较好,在得到验证模型的基础上,通过在研究区内合理井距和采灌量的最优设计,评价了研究区的地热资源储量。当开采量为120 m³/h、井距为450 m时,满足100 a内开采井水温下降小于2℃的评价标准下,年可开...     

高温地热发电钻井技术进展

 超高温钻井技术是高温地热发电的关键技术,钻井技术的突破将有力地促进中国深层高温地热发电产业快速发展。本文分析了高温地热钻井的主要技术难点,包括高温井控、超高温钻井液、高温固井与成井、高温钻井工具与仪器、高温井眼轨道测量与控制、高温条件下破岩效率等。针对这些难点,国内外形成的技术对策包括高温井钻井安全控制、抗高温固井水泥浆、抗高温井下工具、井眼轨道监测与控制、抗高温钻头技术与提高钻速等,最后简单叙述了肯尼亚深层超高温地热钻井实例。     

地下热水的来源与补给机制分析——以重庆北温泉为例

地下热水的来源研究对地下热水资源量评价和可持续开发利用有重要意义。选取重庆市北温泉作为研究对象,采用水化学分析、D、O同位素以及实时在线监测对其热水来源进行了研究。研究认为:重庆市北温泉泉水为中-低温浅层中性地热水,水化学类型为SO4-Ca型,地下热水的δ18O值为-8.48‰~-7.09‰,δD值为-55.46‰~-53.26‰,其补给来源为雨水,补给高程为海拔641~1 206m的岩溶出露区。安装马歇尔槽和CDTP300高分辨率实时在线监测发现:1)地下热水水文地球化学特征在长时间内稳定,体现了稳定的水-岩作用过程;2)北温泉的流量与研究区降雨量呈现出以半年为单位的滞后,雨季偏低,旱季偏高;当场降雨后20d左右,温泉水的水温和电导率微降,水量增加。地下热水的来源为大气降水,其补给除了长时间长距离的含水层稳定补给外,热水上升过程中受地表水和浅层地下水的补给。     

平顶山矿区深部地热资源

河南省平顶山矿区存在地热异常现象,平均地温梯度最高可达4．6℃／100m,形成矿井地热灾害。这些地热异常区的形成多与地质构造和地下水密切相关。利用地热水热泵技术和地热空气换热系统,开发利用这些矿区的地热资源,有助于减轻矿井热害,改善井下工作环境,有利于改善矿区的能源消费结构,减轻环境污染和增加企业经济效益。     

中深层地热能取热技术研究进展

 总结了国内外关键取热技术研究现状，包括对井循环取热技术、单井闭式循环取热技术、重力热管循环取热技术、单井开式循环取热技术、U型井闭式循环取热技术和多分支径向井循环取热技术，分析了关键取热技术的特点、适用条件和未来攻关方向，阐述了不同取热技术的发展阶段和应用场景，提出了面向中深层地热能高效开采的发展建议。     

EGS载热流体水岩作用对人工地热储层裂隙物性特征的影响

 增强型地热系统（EGS）是一种从低渗透率低孔隙度岩层中提取热量的工程。载热流体注入深部地热储层后在储层裂隙发生水岩作用,引起地热储层矿物的溶解和沉淀,改变储层裂隙通道的物性特征,对EGS 的长期运行产生重要影响。以苏尔茨地区的一种典型花岗岩为人工地热储层,建立了一维多重相互作用连续统一体地质模型,将相同温度的CO₂和水以相同压力注入人工地热储层裂隙通道中,探讨两种载热流体的水岩作用对储层裂隙物性特征的影响。结果表明,在同样的储层状态、相同的运行模式下,CO₂-EGS 水岩作用对裂隙通道物性特征的影响明显小于H₂O-EGS。     

中国油区地热开发利用进展

地热与石油是共生于沉积盆地的2种资源。地热能开发利用与油气相关技术高度融合。中国油区地热资源丰富,拥有大量废弃钻井、地热利用市场空间巨大。梳理了中国油区地热资源勘查评价与开发利用技术现状,包括地热地球物理勘探技术、地热地质评价技术、地热开发技术和地热利用方式等,指出其当前发展过程中面临着资源条件限制决策者、技术创新力度不够、激励政策不够完善等挑战。提出可采用深井直接换热技术、多分支径向水平井取热技术、热电发电技术、纳米技术等新兴技术加快油田地热开发利用。     

汝城干热岩地热资源研究

 汝城热水镇出露98℃天然热泉,该地区深部干热岩地热资源相当可观。通过大量钻孔地温测量和大地热流测试等勘探工作,评估了该地区干热岩地热资源的基本情况。勘探结果表明,研究区内平均地温增温梯度为18.7℃/100 m,最高值达35.2℃/100 m,主要高温钻孔的大地热流量介于60~170 MW/m²,地热资源较为可观。该地热田的热源来自深部岩浆余热,热储主要是F₁、F₃断裂带上盘及其他次级断层派生的密集裂隙系统。区内热水河以东花岗岩体为浅部水热热储盖层;热水河以西震旦系的板岩为深部热源盖层。模拟结果表明,研究区地热田热储层下底面温度为260℃,热储层上顶面温度为255℃,热储层以上厚度为3500~4000 m。汝城地区热储埋藏深度较浅,热储温度较高,是较好的干热岩开发靶区。     

变温带地温应力研究

变温带中的岩体温度差应力．随季节性气温变化产生正反向应力升降变化．其属物理风化作用，具有反应力应变特性，因其耦合于自重卸荷力，地下水动水压力、静水压力．形成认知上的“屏蔽效应”，故在岩土工程工作中被忽视，成为工程稳定中的匿能，地质灾变中的匿动力．讨论了变温热源，岩体中的热传导，岩性与构造对岩体导热特性的影响，温变过程中温差应力演绎．提出温差应力多维正交各向差异性与其计算公式，供讨论商榷．     

唐山北部蓟县系雾迷山组白云岩热储资源潜力研究

地热资源具有清洁、可再生、储量大等特点,是实现我国“双碳”目标的重要资源。唐山市地热资源丰富,但现阶段开发利用的主要层系为南部平原区新近系馆陶组砂岩热储,北部基岩热储则少有开发利用。本文通过唐山市北部区域地质特征、地热地质条件的分析研究,开展地热资源综合评价,评价结果表明,唐山市北部发育蓟县系雾迷山组白云岩热储埋藏深、水温高、涌水量大,是该区最具有开发利用价值的地热资源。