CN111177938A - 一种提高地热回灌率的新方法 - Google Patents

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闫方平
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Abstract

本发明公开了一种提高地热回灌率的新方法,所述提高地热回灌率的新方法包含以下步骤:步骤1:建立垂直井一注两采和水平井注水垂直井开采两种回灌模式下的数值模拟概念模型;步骤2:模型假设随注水开发的进行,注水井周围储层伤害;步骤3:模拟通过增压回灌、压裂回灌及压裂后增压回灌三种方案提高回灌率;步骤4:从压力场、回灌率、采收率和总产热量四个方面进行模拟结果的对比分析;步骤5:得出结论。该提高地热回灌率的新方法,能够满足回灌率及提高储层压力的要求,同时降低回灌压力,且能够满足采收率和总产热量的需要,有利于高效合理的开发利用地热资源。

Description

一种提高地热回灌率的新方法
技术领域
本发明涉及地热资源的开发利用技术领域,具体为一种提高地热回灌率的新方法。
背景技术
当前,能源短缺和环境污染已成为制约全球可持续发展的重要问题之一。地热能是一种绿色低碳、可循环利用的可再生能源,具有储量大、分布广、清洁环保、稳定性好、利用系数高等特点,地热资源高效、合理的开发利用对于北方地区的节能减排意义重大;
地热回灌是人工将利用过的地热尾水或常温地下水、地表水灌回到热储中。通过地热水资源回灌一方面可以保持热储层的流体压力,稳定地热田的开发条件,防止地面沉降;另一方面可恢复和改善热储层的产热能力,提高地热资源利用率;并可以有效处理地热废水,防止地热废水的直接排放对环境造成化学污染和热污染,是目前学术界普遍关心的一个问题;
国内外众多地热田回灌实践表明,有80%的回灌井出现了堵塞,严重影响了回灌的进行,某些回灌井甚至被迫停滞。我国地下热水人工回灌的实践表明,孔隙型热储地下热水人工回灌工程困难重重,砂岩段回灌难度极大。Suetal.等总结了我国在砂岩热储回灌方面的进展,指出造成回灌率低的原因和可能的解决措施,但解决回灌问题还需更多努力;
通过调查分析,研究区地热资源开发潜力巨大,但综合利用效果较差。温度上,研究区大多数温泉的温度比较稳定,浮动范围多在10℃内,有逐渐降低趋势;流量上,有相当一部分温泉在过去流量很大,但是现在由于各种原因,流量在不断的下降;大部分温泉主要以洗浴、健身为主,综合利用能力很差;地热尾水中含有大量的F及结垢离子,地热尾水温度较高,大部分直接排入附近河中,对环境造成污染,同时F离子对人体健康危害较大。地热层为孔隙型热储流体,回灌技术尚不成熟,目前没有进行相关的研究。
所以我们提出一种提高地热回灌率的新方法,以便于解决上述中提出的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高地热回灌率的新方法,以解决上述背景技术提出的通过调查分析,研究区地热资源开发潜力巨大,但综合利用效果较差,地热尾水对环境造成污染;地热层为孔隙型热储流体,回灌技术尚不成熟,目前没有进行相关的研究的问题。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种提高地热回灌率的新方法,所述提高地热回灌率的新方法包含以下步骤:
步骤1:建立数值模拟概念模型;
步骤2:模型假设随注水开发的进行,注水井周围储层伤害;
步骤3:模拟通过增压回灌、压裂回灌及压裂后增压回灌三种方案提高回灌率;
步骤4:进行对比分析;
步骤5:得出结论。
优选的,所述步骤1中建立数值模拟概念模型是指采用数值模拟软件建立两种不同井型的地热回灌数值模型,且其分别为垂直井一注两采和水平井注水垂直井开采两种回灌模式。
优选的,所述步骤1中地热回灌数值模型的模型尺寸为1000 m×100 m×100 m,顶深1500 m,温度为90℃,网格数为20×2×2=80,同时模型假设为非透水边界,没有外来水补充,且储层各向同性,定压开采。
优选的,所述步骤2模型假设随注水开发的进行,注水井周围储层伤害的伤害渗透率为1 mD。
优选的,所述步骤3中模拟通过增压回灌、压裂回灌及压裂后增压回灌三种方案提高回灌率是指在垂直井一注两采和水平井注水垂直井开采两种回灌模式下以回灌压力以及是否压裂为标准进行不同组数的数据模拟实验。
优选的,所述压裂设计为裂缝宽度0.001 m、渗透率30000 mD,压裂半长25m,压裂带平均渗透率为50 mD。
优选的,所述步骤4中对比分析是指从垂直井一注两采和水平井注水垂直井开采两种回灌模式下,通过对已伤害储层进行增压回灌、压裂回灌及压裂后增压回灌三种提高回灌率的方式进行了模拟,并从压力场、回灌率、采收率和总产热量四个方面进行模拟结果的对比分析。
优选的,所述步骤5中的结论为,在对不同回灌方案进行了数值模拟和对比分析后,能够满足提高回灌率及储层压力的要求,同时降低回灌压力,则为优选回灌方案,其次能够满足提高采收率和总产热量的需求,则为次选方案。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:该提高地热回灌率的新方法,能够满足回灌率及提高储层压力的要求,同时降低回灌压力,且能够满足采收率和总产热量的需要,有利于高效合理的开发利用地热资源。
附图说明
图1为本发明数值模拟模型基本参数设置示意图;
图2为本发明回灌数值模拟方案示意图;
图3-1为本发明垂直井一注两采回灌模式下压力场变化示意图;
图3-2为本发明垂直井一注两采回灌模式下采收率变化示意图;
图3-3为本发明垂直井一注两采回灌模式下回灌率变化示意图;
图3-4为本发明垂直井一注两采回灌模式下总产热量变化示意图;
图4-1为本发明水平井注水垂直井开采回灌模式下压力场变化示意图;
图4-2为本发明水平井注水垂直井开采回灌模式下采收率变化示意图;
图4-3为本发明水平井注水垂直井开采回灌模式下回灌率变化示意图;
图4-4为本发明水平井注水垂直井开采回灌模式下总产热量变化示意图;
图5-1为本发明不同回灌模式下压力场变化对比示意图;
图5-2为本发明不同回灌模式下采收率变化对比示意图;
图5-3为本发明不同回灌模式下回灌率变化对比示意图;
图5-4为本发明不同回灌模式下变化对比示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
请参阅说明书附图,本发明提供一种如下的技术方案:一种提高地热回灌率的新方法,提高地热回灌率的新方法包含以下步骤:
步骤1:建立数值模拟概念模型;
步骤2:模型假设随注水开发的进行,注水井周围储层伤害;
步骤3:模拟通过增压回灌、压裂回灌及压裂后增压回灌三种方案提高回灌率;
步骤4:进行对比分析。
具体的,步骤1中建立数值模拟概念模型是指采用数值模拟软件建立两种不同井型的地热回灌数值模型,且其分别为垂直井一注两采和水平井注水垂直井开采两种回灌模式,并且步骤1中地热回灌数值模型的模型尺寸为1000 m×100 m×100 m,顶深1500 m,温度为90℃,网格数为20×2×2=80,同时模型假设为非透水边界,没有外来水补充,且储层各向同性,定压开采,同时其数值模拟模型基本参数设置如图1中所示进行设置。
具体的,步骤2模型假设随注水开发的进行,注水井周围储层伤害的伤害渗透率为1 mD。
具体的,步骤3中模拟通过增压回灌、压裂回灌及压裂后增压回灌三种方案提高回灌率是指在垂直井一注两采和水平井注水垂直井开采两种回灌模式下以回灌压力以及是否压裂为标准进行不同组数的数据模拟实验,压裂设计为裂缝宽度0.001 m、渗透率30000mD,压裂半长25m,压裂带平均渗透率为50 mD,同时其回灌数值模拟方案如图2中所示进行设置,且设置成10组方案(其分别为Case1-10)进行模拟实验使用。
进一步的,在垂直井一注两采回灌模式中,不同方案的压力场、回灌率、采收率和总产热量模拟结果如图3-1、图3-2、图3-3和图3-4所示;
其中对比基础方案Case1与其它方案Case2-4,从图中可以看出:
储层压力分别提高了1.21%、13.72%、29.62%;
采收率分别提高了5.58%、63.29%、127.64%;
回灌率分别提高了16.25%、43.88%、48.08%;
总产热量分别提高了44.89%、509.54%、1009.95%。
从数据分析可以看出,仅仅提高储层压力对回灌效果较差,压裂可以提高伤害储层的渗透率,使注水速度增加,从而提高储层压力和回灌率,同时提高了采收率和总产热量,且Case4的回灌率达到99.39%。
综上,为了满足开发及回灌要求,应优先选择回灌方案Case4,其次为Case3,既应优先选择压裂后增压到20MPa的回灌方案,其次选择压裂回灌方案。
此外,在水平井注水垂直井开采回灌模式中,不同方案的压力场、回灌率、采收率和总产热量模拟结果如图4-1、图4-2、图4-3和图4-4所示;
其中对比基础方案Case5与其它方案Case6-10,从图中可以看出:
储层压力分别提高了6.42%、10.41%、11.81%、25.62%、34.49%;
采收率分别提高了9.37%、15.28%、18.71%、41.09%、55.02%;
回灌率分别提高了10.20%、13.97%、14.98%、20.93%、23.26%;
总产热量分别提高了45.52%、74.27%、90.96%、200.22%、268.16%。
从数据分析可以看出,水平井回灌时提高注入压力可以提高回灌效率和开发效果,但压裂的回灌效率和开发效果更加明显;当压裂后增压到18MPa时,回灌率即可达到100%;同时,方案Case7与Case8的模拟结果基本相同,说明压裂回灌可以降低注入压力,减少地面设备的投入和负载。
综上,为了满足开发及回灌要求,同时降低注入压力,应优先选择回灌方案Case9,其次为Case8,既应优先选择压裂后增压到18MPa的回灌方案,其次选择压裂的回灌方案。
具体的,步骤4中对比分析是指从垂直井一注两采和水平井注水垂直井开采两种回灌模式下,通过对已伤害储层进行增压回灌、压裂回灌及压裂后增压回灌三种提高回灌率的方式进行了模拟,并从压力场、回灌率、采收率和总产热量四个方面进行模拟结果的对比分析,且步骤5中的结论为,在对不同回灌方案进行了数值模拟和对比分析后,能够满足提高回灌率及储层压力的要求,同时降低回灌压力,则为优选回灌方案,其次能够满足提高采收率和总产热量的需求,则为次选方案。
进一步的,对垂直井一注两采回灌模式中和水平井注水垂直井开采回灌模式中的压力场、回灌率、采收率和总产热量模拟结果进行对比分析;其结果如图5-1、图5-2、图5-3和图5-4所示;
从图中可以看出,储层压力在方案Case9最大,其次是Case4和Case8,Case3最低,主要是因为压裂后储层渗透率增加,在注水井附近渗流阻力减小,随注入压力增大,注水速度大大增加,注采比增大,储层压力增大;
同时,水平井注水时的注采比大于垂直井一注两采,因此较低的注水压力就可达到较好的提高储层压力的效果;方案Case9的回灌率达到100%,Case4次之,达到99%以上,其次为Case3和Case8,主要是因为水平井注水垂直井开采压裂增压时,在开采初期,虽然注水量增加,但是压力并没有传递到开采井,所以注水量远大于开采量,随开采的进行,开采井附近压力逐渐增加,产水量逐渐增大,所以注采比逐渐趋于平衡,回灌率逐渐减小,但由于初期注水量大,所以最终回灌率高;
此外,采收率和总产热量在方案Case4最大,其次为方案Case3和Case9,方案Case8最低,主要是因为一注两采时开采量明显高于一注一采,因此一注两采时采收率和总产热量较高。
综上,为了满足提高回灌率及储层压力的要求,同时降低回灌压力,应优先选择回灌方案Case9,其次为了满足提高采收率和总产热量的需要,选择回灌方案Case4,既对优选的四种回灌方案进行对比分析,结果表明,为了满足回灌率及提高储层压力的要求,同时降低回灌压力,应优先选择水平井注水垂直井开采回灌模式且压裂后增压到18MPa的回灌方案,回灌率可达到100%;其次为了满足采收率和总产热量的需要,选择垂直井一注两采回灌模式且压裂后增压到20MPa的回灌方案,回灌率可达到99%。
本申请所提供的实施例中,应该理解到,所揭露的装置以及方法,也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的,例如,附图中的流程图以及框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法以及计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能以及操作。在这点上,流程图或者框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或者代码的一部分,模块、程序段或者代码的一部分包含一个或者多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意,在有些作为替换的实现方式中,方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如,两个连续的方框实际上可以基本并行地执行,它们有时也可以按相反的顺序执行,这依所涉及的功能而定。也要注意的是,框图以及/或者流程图中的每个方框、以及框图以及/或者流程图中的方框的组合,可以用执行规定的功能或者动作的专用的基于硬件的系统来实现,或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外,在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分,也可以是各个模块单独存在,也可以两个或者两个以上模块集成形成一个独立的部分。
功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或者使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来,该计算机软件产品存储在一个存储介质中,包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机,服务器,或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或者部分步骤。而前述的存储介质包括:U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM,Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM,Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是,在本文中,诸如第一以及第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或者操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或者操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已,并不用于限制本申请,对于本领域的技术人员来说,本申请可以有各种更改以及变化。凡在本申请的精神以及原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到:相似的标号以及字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义以及解释。
以上所述,仅为本申请的具体实施方式,但本申请的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内,可轻易想到变化或者替换,都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此,本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种提高地热回灌率的新方法,其特征在于:所述提高地热回灌率的新方法包含以下步骤:
步骤1:建立数值模拟概念模型;
步骤2:模型假设随注水开发的进行,注水井周围储层伤害;
步骤3:模拟通过增压回灌、压裂回灌及压裂后增压回灌三种方案提高回灌率;
步骤4:进行对比分析;
步骤5:得出结论。
2.根据权利要求1所述的一种提高地热回灌率的新方法,其特征在于:所述步骤1中建立数值模拟概念模型是指采用数值模拟软件建立两种不同井型的地热回灌数值模型,且其分别为垂直井一注两采和水平井注水垂直井开采两种回灌模式。
3.根据权利要求2所述的一种提高地热回灌率的新方法,其特征在于:所述步骤1中地热回灌数值模型的模型尺寸为1000 m×100 m×100 m,顶深1500 m,温度为90℃,网格数为20×2×2=80,同时模型假设为非透水边界,没有外来水补充,且储层各向同性,定压开采。
4.根据权利要求1所述的一种提高地热回灌率的新方法,其特征在于:所述步骤2模型假设随注水开发的进行,注水井周围储层伤害的伤害渗透率为1 mD。
5.根据权利要求1所述的一种提高地热回灌率的新方法,其特征在于:所述步骤3中模拟通过增压回灌、压裂回灌及压裂后增压回灌三种方案提高回灌率是指在垂直井一注两采和水平井注水垂直井开采两种回灌模式下以回灌压力以及是否压裂为标准进行不同组数的数据模拟实验。
6.根据权利要求5所述的一种提高地热回灌率的新方法,其特征在于:所述压裂设计为裂缝宽度0.001 m、渗透率30000 mD,压裂半长25m,压裂带平均渗透率为50 mD。
7.根据权利要求1所述的一种提高地热回灌率的新方法,其特征在于:所述步骤4中对比分析是指从垂直井一注两采和水平井注水垂直井开采两种回灌模式下,通过对已伤害储层进行增压回灌、压裂回灌及压裂后增压回灌三种提高回灌率的方式进行了模拟,并从压力场、回灌率、采收率和总产热量四个方面进行模拟结果的对比分析。
8.根据权利要求1所述的一种提高地热回灌率的新方法,其特征在于:所述步骤5中的结论为,在对不同回灌方案进行了数值模拟和对比分析后,能够满足提高回灌率及储层压力的要求,同时降低回灌压力,则为优选回灌方案,其次能够满足提高采收率和总产热量的需求,则为次选方案。
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