CN114017935A - 一种基于双孔双渗模型确定回灌井与抽水井井间距的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双孔双渗模型确定回灌井与抽水井井间距的方法，属于地热井技术领域，包括：基于双孔双渗模型采用数值模拟方法在一采一灌模式下，输入回灌温度范围、开采与回灌水量以及供暖时间得到开采区域的温度场分布；依据温度场分布和水流场特征变化来确定回灌冷风前缘推进间距，从而确定回灌井与抽水井的井间距。本发明采用数值模拟方法在一采一灌模式下模拟开采区域的温度场分布，依据温度场分布和水流场特征变化来确定回灌冷风前缘推进间距，从而确定回灌井与抽水井的井间距，其确定的距离误差在1‑10米，能精确的确定开采井和回灌井之间的最佳间距。

Description

一种基于双孔双渗模型确定回灌井与抽水井井间距的方法

技术领域

本发明涉及地热井技术领域，具体涉及一种基于双孔双渗模型确定回灌井与抽水井井间距的方法。

背景技术

陕西关中盆地某城区地热资源具有较好的生成条件和开发利用前景，研究区内主要由热传导形成的地热资源，碳酸盐类岩溶裂隙热储和碎屑岩类孔隙裂隙热储，彼此的热量、热流体资源量及质量(热流体化学性质)有着明显的差别。前者，一般属低温，热流体资源蕴藏量丰富，质量较好，一般可以饮用；后者，多属中温，热流体分布具层控特点，蕴藏量也较大，但水化学复杂，不能饮用。

陕西关中盆地某城区内地热地质条件有利，地热资源蕴藏丰富。开发利用目前尚处初期阶段。其中，开采岩溶裂隙型低温流体井155眼，主要供富平、蒲城、大荔等百万余人生活饮用，其次局部有用于灌溉、养殖等，年采量近5700万m3；开采孔隙裂隙型中温热流体井19眼，供冬季采暧约40万m2，少量用于洗浴，年采量约90万m3。

据已有资料,关中盆地存在一条北东至北东东走向的莫氏面隆起带,带内两个醒目的隆起区,分别与西安凹陷和固市凹陷相对立。研究区位于固市隆起区的南翼陡斜坡部位,莫氏面埋深34km。同时有关研究成果表明,居里面沿西安—渭南一线形成一隆起带；向南东、北西降低成斜坡带,居里面的形态特征同样反映了地下热水状态和深部地质特征,研究区居里面埋深18km,总之,研究区附近的莫氏面、居里面埋深及岩石圈厚度都显著变小,研究区附近的大地热流值为1.99HFU,处于较高状态,表明研究区附近存在有利的深部热源条件。研究区碎屑岩类夹孔隙裂隙热储地热流体总资源量为6945.34×108m3，可开采地热流体量为28.95×108m3，其中新近系-张家坡组、蓝田-灞河组、高陵群组热储层分别为7.23×108m3、7.26×108m3、3.41×108m3。

通过对新近系-张家坡组、蓝田-灞河组、高陵群组开发发现，合理的回灌井和生产井的井间距对地热开采、使用年限以及回灌的利用具有重大的意义。在传统的技术中，一般都是大致的范围，例如王兴在2004年公开的《地下热水生产井与回灌井间距及其影响因素》表明，回灌井的间距应在最大降深的影响半径范围之内，开采井的间距应在最大降深的影响半径范围之外。最大降深的影响半径是一个比较宽泛的范围，因此，使得确定的回灌井和开采井之间的间距也是一个宽泛的范围内，并不能精确的确定开采井和回灌井之间的间距。

在公开的文献中，我们还能发现，如清华大学学报(自然科学版)2006年第46卷第9期公开了区域流场对含水层采能区地温场的影响中指出，1)地下水的天然流动水地温场的演变起着重要的影响，地下水的天然流速越大，系统停运期生产井的温度恢复速度越快。2)对于相同的地下水天然流速条件，地下水天然流向沿生产井指向回灌井比垂直抽灌井对之间连线情况下，生产井的温度变化幅度要小。

上述的文献还指出，在地下水源热泵系统运行过程中，抽、灌井周围的地下水实际流速为区域地下水天然流速和地下水抽、灌所引起的局部外加流速的矢量和，而后者主要取决于地下水的抽水量、井对距离以及生产井结构等，在相同的地下水天然流速条件下，如果地下水的抽灌量越大、井对距离越近，则地下水抽、灌所引起的外加速度越大，区域地下水天然流动对地温场演化影响的幅度越不明显，反之亦然。

然而上述的分析并未能够指出回灌井和生产井之间的间距的精确估算。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种基于双孔双渗模型确定回灌井与抽水井井间距的方法。

本发明采用的技术方案为：一种基于双孔双渗模型确定回灌井与抽水井井间距的方法，包括：

基于双孔双渗模型采用数值模拟方法在一采一灌模式下，输入回灌温度范围、开采与回灌水量以及供暖时间得到开采区域的温度场分布；

依据温度场分布和水流场特征变化来确定回灌冷风前缘推进间距，从而确定回灌井与抽水井的井间距。

更进一步地，所述水流场特征包括回灌水流方向和回灌水量两个因素。

更进一步地，所述回灌水流方向反映的是随回灌时间的变化，回灌水流引起回灌井及回灌井周围温度变化。

更进一步地，所述回灌水量反映的是随回灌时间的变化，回灌水量引起回灌井及回灌井周围温度变化。

更进一步地，所述回灌水量反映的是回灌井的回灌能力。

更进一步地，所述回灌能力由以下方法获得：

获取两个相邻回灌井与抽水井开发区域砂地比值统计结果，并得到该区域的平均砂地比率；依据平均砂地比率，确定砂体性质以明确储层孔隙度、渗透率及连通性，从而确定回灌井的回灌能力。

更进一步地，所述回灌水流引起回灌井及回灌井周围温度变化包括：

在天然流场流向下，沿天然流场流向回灌引起回灌井及回灌井周围温度变化，及包括沿天然流场流向回灌引起回灌井周围温度形成的回灌冷风前缘推进间距。

更进一步地，所述回灌水量引起回灌井及回灌井周围温度变化包括：

在天然流场流向下，沿天然流场流向回灌水量引起回灌井及回灌井周围温度变化，及包括沿天然流场流向回灌水量引起回灌井周围温度形成的回灌冷风前缘推进间距。

本发明的有益效果为：

采用数值模拟方法在一采一灌模式下模拟开采区域的温度场分布，依据温度场分布和水流场特征变化来确定回灌冷风前缘推进间距，从而确定回灌井与抽水井的井间距，其确定的距离误差在1-10米，能精确的确定开采井和回灌井之间的最佳间距。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明沿天然流场流向回灌引起回灌井及回灌井周围温度变化的示意图；

图2为本发明沿天然流场流向反方向回灌引起回灌井及回灌井周围温度变化的示意图；

图3为本发明中沿天然流场流向抽水量为3000m3/天引起回灌井及回灌井周围温度变化的示意图；

图4为本发明中沿天然流场流向抽水量为4000m³/天引起回灌井及回灌井周围温度变化的示意图；

图5为本发明中沿天然流场流向抽水量为5000m³/天引起回灌井及回灌井周围温度变化的示意图；

图6为本发明中沿天然流场流向50％回灌率引起回灌井及回灌井周围温度变化的示意图；

图7为本发明中沿天然流场流向100％回灌率引起回灌井及回灌井周围温度变化的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

利用采用有限元模拟软件FEFLOW和OpenGeoSys地热数值模拟软件来进行数值模拟。

回灌冷风前缘推进间距由两个因素决定，引力场(天然流场流向)及回灌水量，我国天然流场流向一般为由北向南方向，或者是由西北流向东南，或者是东北流向西南。不同区域具有一定的差异性。

清华大学学报(自然科学版)2006年第46卷第9期公开了区域流场对含水层采能区地温场的影响中指出，对于相同的地下水天然流速条件，地下水天然流向沿抽水井指向回灌井比垂直抽灌井对之间连线情况下，抽水井的温度变化幅度要小。因此本发明在此基础上省略了地下水天然流向沿抽水井垂直抽灌井的情况分析，也省略了流速对温度场分布的影响。

回灌冷风前缘推进间距是水流场特征变化引起的回灌井温度场分布向外扩展的最远距离。

本发明提供了一种基于双孔双渗模型确定回灌井与抽水井井间距的方法：包括：基于双孔双渗模型采用数值模拟方法在一采一灌模式下，输入回灌温度范围、开采与回灌水量以及供暖时间得到开采区域的温度场分布；

依据温度场分布和水流场特征变化来确定回灌冷风前缘推进间距，从而确定回灌井与抽水井的井间距。

在上述中，所述水流场特征包括回灌水流方向和回灌水量两个因素。

所述回灌水流方向反映的是随回灌时间的变化，回灌水流引起回灌井及回灌井周围温度变化。

参照图1，所述回灌水流引起回灌井及回灌井周围温度变化包括：

在天然流场流向下，沿天然流场流向回灌引起回灌井及回灌井周围温度变化，及包括沿天然流场流向回灌引起回灌井周围温度形成的回灌冷风前缘推进间距。

参照图2，所述回灌水流引起回灌井及回灌井周围温度变化包括：

在天然流场流向下，沿天然流场流向的反方向回灌引起回灌井及回灌井周围温度变化，及包括沿天然流场流向的反方向回灌引起回灌井周围温度形成的回灌冷风前缘推进间距。

通过图1及图2分析可知，在天然流场流向下，沿天然流场流向回灌比沿天然流场流向的反方向回灌引起的回灌井及回灌井周围温度变化要小，同时，可以根据模拟时间的推移，可以确定沿天然流场流向回灌引起回灌井周围温度形成的回灌冷风前缘推进间距。也就是沿天然流场流向回灌引起的回灌井温度场分布向外扩展的最远距离。

参照图3、图4及图5，所述回灌水量引起回灌井及回灌井周围温度变化包括：

在天然流场流向下，沿天然流场流向回灌水量引起回灌井及回灌井周围温度变化，及包括沿天然流场流向回灌水量引起回灌井周围温度形成的回灌冷风前缘推进间距。

通过图3、图4及图5分析可知，在天然流场流向下，沿天然流场流向回灌，不同的回灌水量引起回灌井周围温度形成的回灌冷风前缘推进间距具有较大的差异。本发明中，图3、图4及图5指代的是不同的抽水量，因在回灌率为100％的情况下，抽水量代表了回灌水量。

参照图6及图7，图6及图7给出了不同的回灌率引起回灌井周围温度形成的回灌冷风前缘推进间距的影响。

而在开采的要求下，回灌率需要尽可能的达到100％，因此，在回灌率在100％的情况下，根据不同的回灌量(回灌量依赖于其回灌的能力)、在沿天然流场流向进行回灌下，随着时间的推移，对回灌井周围温度形成的回灌冷风前缘推进间距相互叠加，即可得到回灌井周围温度场的最大变化，这个距离精度可以控制在1-10米，能精确的确定开采井和回灌井之间的最佳间距。

需要指出的是，对于不同工程的需要，开采的时间30年、50年或者100年，不同的时间引起的对回灌井周围温度形成的回灌冷风前缘推进间距相互叠加的情况不一样，本发明优异之处在于，可以输入回灌温度范围、开采与回灌水量以及供暖时间得到开采区域的温度场分布，依次推算最佳的开采井和回灌井之间的间距。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于双孔双渗模型确定回灌井与抽水井井间距的方法：其特征在于，包括：

基于双孔双渗模型采用数值模拟方法在一采一灌模式下，输入回灌温度范围、开采与回灌水量以及供暖时间得到开采区域的温度场分布；

依据温度场分布和水流场特征变化来确定回灌冷风前缘推进间距，从而确定回灌井与抽水井的井间距。

2.根据权利要求1所述的基于双孔双渗模型确定回灌井与抽水井井间距的方法，其特征在于，所述水流场特征包括回灌水流方向和回灌水量两个因素。

3.根据权利要求2所述的基于双孔双渗模型确定回灌井与抽水井井间距的方法，其特征在于，所述回灌水流方向反映的是随回灌时间的变化，回灌水流引起回灌井及回灌井周围温度变化。

4.根据权利要求2所述的基于双孔双渗模型确定回灌井与抽水井井间距的方法，其特征在于，所述回灌水量反映的是随回灌时间的变化，回灌水量引起回灌井及回灌井周围温度变化。

5.根据权利要求4所述的基于双孔双渗模型确定回灌井与抽水井井间距的方法，其特征在于，所述回灌水量反映的是回灌井的回灌能力。

6.根据权利要求5所述的基于双孔双渗模型确定回灌井与抽水井井间距的方法，其特征在于，所述回灌能力由以下方法获得：

获取两个相邻回灌井与抽水井开发区域砂地比值统计结果，并得到该区域的平均砂地比率；依据平均砂地比率，确定砂体性质以明确储层孔隙度、渗透率及连通性，从而确定回灌井的回灌能力。

7.根据权利要求3所述的基于双孔双渗模型确定回灌井与抽水井井间距的方法，其特征在于，所述回灌水流引起回灌井及回灌井周围温度变化包括：

在天然流场流向下，沿天然流场流向回灌引起回灌井及回灌井周围温度变化，及包括沿天然流场流向回灌引起回灌井周围温度形成的回灌冷风前缘推进间距。

8.根据权利要求4所述的基于双孔双渗模型确定回灌井与抽水井井间距的方法，其特征在于，所述回灌水量引起回灌井及回灌井周围温度变化包括：

在天然流场流向下，沿天然流场流向回灌水量引起回灌井及回灌井周围温度变化，及包括沿天然流场流向回灌水量引起回灌井周围温度形成的回灌冷风前缘推进间距。

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