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《西南石油大学》 2019年
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水热型砂岩地热开发效果评价及地层变形效应分析

陆凯  
【摘要】:我国水热型地热资源十分丰富,开发潜力巨大,但主要集中在浅层开采,深层地热由于受到开采效率制约而未进行大规模的开发,同时,深层地热的开采中地层变形带来的环境问题也不容忽视。本文在调研地热储层特征和开采机理的基础上,结合热力学多孔介质渗流力学理论以及达西定律、质量守恒方程和能量守恒方程建立了地热开采的热流固耦合数学模型,并给出了地热开采中一维沉降计算的解析解。通过自适应隐式法对典型深部地层开采过程进行了数值分析,给出了这一复杂过程的三场参数分布结果,结合地热开采的实际工况及地热储层的介质特征,对地热开采的前期、运营期以及开采过程的热能开发效果与地层变形及其主要影响因素分别进行了参数敏感性分析,为合理布置地热能开采方案和控制地层变形提供了理论基础。主要研究成果如下:(1)在分析了水热型地热资源赋存地质条件的基础上,结合孔隙型热储层的储层特征,建立了水热型砂岩地热开采的数学模型。选择关中盆地西安凹陷构造区作为研究区域,利用Box-Behnken试验方法设计数值模拟实验,并将实验结果通过响应面影响分析得出各因素对采热性能(采热温度和采热功率)和地层变形的敏感性机理。(2)在地热开采前期,地层参数中初始温度对采热性能的影响程度最大,初始温度分别为100℃和150℃的地热田,开采30年后后者相比前者采热温度提高41%,采热功率提高59%;渗透率和导热系数的变化对采热性能影响不明显,但分别对井底压力和热传递过程造成影响。(3)在地热开采运营期,工作制度参数中井间距在100~175m范围内对采热性能影响效果最为显著,超过175m后增加井间距几乎对采热性能没有影响;井流量的增大对采热温度不利但能提高热功率。定流量开采条件下井的完整性参数中井的完善程度对采热性能影响显著,完善程度从33%上升到100%时,可将生产井温度提高13.5%,热功率提高45.5%;射开程度和井径均对井底压力有较大影响。(4)对地热开采过程中引起的地层变形效应进行研究时,发现地层变形主要发生在开采初期(前1~2年内),选取讨论的参数对地层变形量影响程度的大小排名为:初始温度完善程度井流量井间距。影响各实验方案产生差异变形量的原因主要是温度场的不同变化引起的,其中井间距对注入井处的变形量影响效果微小,对生产井处的变形量影响效果显著。
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