CN115060870A - 一种地热流体结垢预测方法、装置和实验室反应设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种地热流体结垢预测方法、装置和实验室反应设备，其中方法包括：采集地热流体样品，进行分析测试，得到地热流体数据；基于地热流体数据进行水文地球化学分析，反演出地热流体从深部储层上升至地表之前的深部储层中原始地热流体的化学组分；基于原始地热流体的化学组分、地热流体数据中的温度‑深度变化数据和压力‑深度变化数据生成矿物饱和指数变化曲线，判定矿物结垢趋势；再基于原始地热流体的化学组分配置反应原液进行实验室反应，以获取实验室输出的结垢样本；最后利用结垢样本和矿物结垢趋势互相验证，确定地热现场的结垢类型和结垢量。本发明提供的技术方案，进一步提高了地热流体结垢预测的准确度。

Description

一种地热流体结垢预测方法、装置和实验室反应设备
技术领域
本发明涉及地热能领域，具体涉及一种地热流体结垢预测方法、装置和实验室反应设备。
背景技术
地热能是稳定连续的清洁可再生资源，其规模化、可持续化开发利用对于改善环境、缓解能源紧张意义重大。随着化石能源短缺及节能减排的需求，地热能的利用越来越受到关注。然而，地热结垢是地热开发中普遍存在的最重要问题之一，对于地热供暖、发电及综合利用等利用方式都有重要影响，已成为地热规模化应用的制约性因素之一。地热储层中流体经历了水-岩相互作用，富含矿物质，矿化度较高的地热流体从储层到地面运移过程中，对地热井管、井口、输送管道等带来结垢问题，必须定期除垢或关停地热设备系统，阻碍地热经济高效的利用。为了安全、持久的开发利用地热能，十分必要对地热开采系统的结垢趋势进行分析，为结垢预防和治理提供重要依据。现有技术通常基于地面地热流体进行地球化学反应模拟，从而预测地热流体的结垢情况，这种预测方法的准确度还有待提高。
发明内容
有鉴于此，本发明实施方式提供了一种地热流体结垢预测方法、装置和实验室反应设备，从而提高了地热流体预测结垢情况的准确度。
根据第一方面，本发明实施例提供了一种地热流体结垢预测方法，所述方法包括：采集地热流体样品，并对样品进行分析测试，得到地热流体数据，所述地热流体数据包括地面地热流体的化学组分、温度-深度变化数据和压力-深度变化数据；基于所述地热流体数据进行水文地球化学分析，反演出地热流体从深部储层上升至地表之前的原始地热流体的化学组分；基于所述原始地热流体的化学组分、温度-深度变化数据和压力-深度变化数据生成矿物饱和指数变化曲线，并基于所述矿物饱和指数变化曲线判定结垢趋势；基于所述原始地热流体的化学组分配置反应原液，并将所述反应原液输入实验室反应设备进行反应，以获取所述实验室反应设备输出的结垢样本；利用所述结垢样本和所述结垢趋势互相验证，确定地热现场的结垢类型和结垢量。
可选地，所述基于所述地热流体数据进行水文地球化学分析，反演出地热流体从深部储层上升至地表之前的原始地热流体的化学组分，包括：利用所述地热流体数据分析地热流体从深部储层上升至地表时发生的反应作用，所述反应作用至少包括脱气作用、混合作用和结垢作用中的一种；对所述反应作用进行对应的水文地球化学分析，以反演出所述原始地热流体的化学组分。
可选地，所述对所述反应作用进行对应的水文地球化学分析，以反演出所述原始地热流体的化学组分，包括：针对发生所述脱气作用的地热流体，根据所述地面地热流体的化学组分进行化学热力学模拟，得到所述原始地热流体的化学组分；针对发生所述混合作用和所述脱气作用的地热流体，通过矫正沸腾蒸汽损失对地热流体的影响、确定混合端元的比例并结合混合流体组分和混合端元中冷水端元的组分，还原所述原始地热流体的化学组分；针对发生所述结垢作用的地热流体，使地热流体中碳酸盐、硫化物含量达到平衡态，以还原所述原始地热流体的化学组分。
可选地，所述基于所述原始地热流体的化学组分配置反应原液，包括：
针对发生了混合作用和脱气作用的地热流体，若先发生混合作用再发生脱气作用，则对所述地面地热流体的化学组分进行蒸汽损失矫正，得到混合流体组分，再以地表冷水样品作为冷水端元对所述混合流体组分进行混合作用所对应的水文地球化学分析，得到重构的原始地热流体，并基于重构的原始地热流体的化学组分配置反应原液；若先发生脱气作用再发生混合作用，则对所述地面地热流体的化学组分进行混合作用所对应的水文地球化学分析，得到发生混合作用前的地热流体组分，再对所述发生混合作用前的地热流体组分进行蒸汽损失矫正，得到重构的原始地热流体，并基于重构的原始地热流体的化学组分配置反应原液。
可选地，所述将所述反应原液输入实验室反应设备进行反应，包括：基于预设的控制策略，控制所述实验室反应设备，以使所述反应原液在所述实验室反应设备中反应，所述预设的控制策略基于所述温度-深度变化数据和压力-深度变化数据生成；其中，当所述实验室反应设备的温度和压力调整到井口温度和井口压力时，对于仅发生脱气作用、结垢作用、以及先发生混合作用再发生脱气作用的地热流体，在预设反应时间之后结束；当所述实验室反应设备的温度和压力调整到井口温度和井口压力时，对于先发生脱气作用再发生混合作用的地热流体，将地表冷水样品作为冷水混合端元，按照所述混合端元的比例，注入所述实验室反应设备中，然后在预设反应时间之后结束。
可选地，所述实验室反应设备输出的结垢样本以如下方式获取：将所述实验室反应设备中的地热流体抽出；打开所述实验室反应设备，并对所述实验室反应设备内部结垢取样得到所述结垢样本。
可选地，所述对样品进行分析测试，得到地热流体数据，包括：若所述地热流体样品是温泉水，则通过成分分析获取所述温泉水的化学组分，采集所述温泉水的流体温度数据，再对所述温泉水的流体温度数据进行地温梯度及静水压力评估，得到所述温泉水的温度-深度变化数据和所述压力-深度变化数据；若所述地热流体样品是地热井水，则通过成分分析获取所述地热井水的化学组分，并采集所述地热井水的温度-深度变化数据和压力-深度变化数据。
根据第二方面，本发明实施例提供了一种地热流体结垢预测装置，所述装置包括：数据采集模块，用于采集地热流体样品，并对样品进行分析测试，得到地热流体数据，所述地热流体数据包括地面地热流体的化学组分、温度-深度变化数据和压力-深度变化数据；模拟模块，用于基于所述地热流体数据进行水文地球化学分析，反演出地热流体从深部储层上升至地表之前的原始地热流体的化学组分；预测模块，用于基于所述原始地热流体的化学组分、温度-深度变化数据和压力-深度变化数据生成矿物饱和指数变化曲线，并基于所述矿物饱和指数变化曲线判定结垢趋势；实验模块，用于基于所述原始地热流体的化学组分配置反应原液，并将所述反应原液输入实验室反应设备进行反应，以获取所述实验室反应设备输出的结垢样本；验证模块，用于利用所述结垢样本和所述结垢趋势互相验证，确定地热现场的结垢类型和结垢量。
根据第三方面，本发明实施例提供了一种实验室反应设备，包括：控制器、进样装置、反应腔、加热套、搅拌器、出气口和采样口，其中所述控制器存储有计算机指令，通过执行所述计算机指令，从而执行第一方面，或者第一方面任意一种可选实施方式中所述的方法；所述进样装置用于存放反应原液，所述进样装置、所述出气口和所述采样口分别通过对应的阀门与所述反应腔连接，所述阀门、所述搅拌器和所述加热套均与所述控制器通信连接。
根据第四方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机从而执行第一方面，或者第一方面任意一种可选实施方式中所述的方法。
本申请提供的技术方案，具有如下优点：
本申请提供的技术方案，首先采集地面地热流体的化学组分数据、地热流体的温度随深度变化的数据以及压力随深度变化的数据，然后基于上述地热流体数据进行水文地球化学分析，反演推导出地热流体从深部储层上升至地表发生地球化学反应之前，深部储层中原始地热流体的化学组分。从而通过原始地热流体的化学组分、温度随深度变化的数据和压力随深度变化数据生成地热流体的矿物饱和指数变化曲线，判定结垢趋势。然后，基于原始地热流体的化学组分配置反应原液，并将反应原液输入到实验室预先设置的实验室反应设备中，按照温度随深度变化的数据以及压力随深度变化的数据做实验室实验，以获取到实验室反应设备输出的结垢样本。最后根据实验室获取的结垢样本和模拟得到的结垢趋势进行互相验证，以确定两种流程最匹配的结垢类型、以及结垢类型对应的结垢量，从而按照验证的结果预测出地热现场的结垢量，进一步提高了地热流体预测结垢情况的准确度。
此外，本发明实施例分别针对地热流体发生的脱气、混合以及结垢作用，进行精细化的地球化学模拟，从而反演出更加准确的原始地热流体的化学组分。不仅进一步提高了模拟流程中结垢趋势的准确度，还提高了实验室试验流程中反应原液配置的准确度，从而经过整体预测流程后，提高了最终预测的结垢量准确度。
附图说明
通过参考附图会更加清楚的理解本发明的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本发明进行任何限制，在附图中：
图1示出了本发明一个实施方式中一种地热流体结垢预测方法的步骤示意图；
图2示出了本发明一个实施方式中一种地热流体结垢预测方法的流程示意图；
图3示出了本发明一个实施方式中一种地热流体结垢预测装置的结构示意图；
图4示出了本发明一个实施方式中一种实验室反应设备的结构示意图；
图5示出了本发明一个实施方式中控制器的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1和图2，在一个实施方式中，一种地热流体结垢预测方法，具体包括以下步骤：
步骤S101：采集地热流体样品，并对样品进行分析测试，得到地热流体数据，地热流体数据包括地面地热流体的化学组分、温度-深度变化数据和压力-深度变化数据。
步骤S102：基于地热流体数据进行水文地球化学分析，反演出地热流体从深部储层上升至地表之前的原始地热流体的化学组分。
步骤S103：基于原始地热流体的化学组分、温度-深度变化数据和压力-深度变化数据生成矿物饱和指数变化曲线，并基于矿物饱和指数变化曲线判定结垢趋势。
步骤S104：基于原始地热流体的化学组分配置反应原液，并将反应原液输入实验室反应设备进行反应，以获取实验室反应设备输出的结垢样本。
步骤S105：利用结垢样本和结垢趋势互相验证，确定地热现场的结垢类型和结垢量。
具体地，本发明实施例首先利用采集的地热流体数据进行水文地球化学分析，从而通过计算机软件模拟出矿物饱和指数变化曲线，判定结垢趋势，并且通过分析过程中得到的原始地热流体的化学组分配置反应原液，进行实验室的反应实验，然后根据实验得到的结垢样本进一步对结垢趋势中的结垢类型以及各个结垢类型对应的结垢量进行二次验证，最终基于验证后结果预测地热现场的结垢量和结垢类型，从而进一步提高了预测地热流体结垢情况的准确度。在本实施例中，采集地热流体数据的步骤具体如下：
1.按照流体采样规范采集地表出露泉水或地热井口流体样品。其中高温地热流体样品包含气态和液态两种，因此需在井口安装汽水分离器，然后进行地热水和气体采集，以便于提高后续流体化学组分分析的准确性。
2.若是地热井，则通过探头进行井筒测温及压力测试，若是泉水样(与地热井相比，不能伸入探头进行井筒内不同深度的温度和压力测试)，则根据地温梯度及静水压力对温泉水的流体温度数据进行评估，评估地下温度和压力随深度分布，从而得到准确的温度-深度变化数据和压力-深度变化数据。
3.进行地面地热流体的化学组分测试，包括野外现场测试及室内测试，野外现场测试包括流体温度、pH、TDS（TotalDissolvedSolids，总溶解性固体物质）和碱度，室内测试包括地热水化学组分简分析、微量元素分析。其中，若采集到地热气体，则直接进行气体的各组分含量分析，若没有采集地热气体，则针对地热水进行化学热力学模拟，得到地热气体的组分含量。
在获取地热流体数据之后，利用地热流体的温度-深度变化数据和压力-深度变化数据、测井曲线（用于反应温度、压力及不同岩性、层位特征）、井筒及井筒周边结垢情况、地面地热流体的化学组分、热泉/沸泉的温度、泉口/井口沉淀物分布情况以及同位素特征，通过水文地球化学分析地热流体从深部储层通过钻孔或者天然断裂系统上升到地表经历的地球化学过程，进而可以反演推导出地球化学反应之前的原始地热流体的化学组分。之后，根据原始地热流体的化学组分、温度-深度变化数据和压力-深度变化数据，利用WATCH等程序生成用于预测地热现场结垢情况的矿物饱和指数变化曲线，判定结垢趋势。同时，利用上述水文地球化学分析过程反演推导出的原始地热流体的化学组分，配制反应原液，并将反应原液输入模拟地热环境的实验室反应设备中，进行实验验证。在高温高压的实验室反应设备中反应后，先通过实验室反应设备的采样口将反应腔中的地热流体抽出，以防止大量地热流体与结垢物在常温常压下发生反应，影响正常的结垢成分和结垢量，从而影响结垢物的评测。之后打开实验室反应设备的反应腔，对反应腔内部残留的结垢物取样，并测试结垢物类型，称量结垢物重量，得到实验室实验中总的结垢量。最后利用实验室实验得到的结垢物类型和模拟得到的结垢趋势进行比对，以互相验证模拟结果和实验室结果的正确性，综合确定结垢物属于哪种矿物；并根据实验室实验抽出的地热流体质量与结垢物重量的占比情况，进而按照现场地热流体的质量，等比例准确预测地热现场的地热流体结垢量。
具体地，在一实施例中，上述步骤S102，具体包括如下步骤：
步骤一：利用地热流体数据分析地热流体从深部储层上升至地表时发生的反应作用，反应作用至少包括脱气作用、混合作用和结垢作用中的一种。
步骤二：对反应作用进行对应的水文地球化学分析，以反演出原始地热流体的化学组分。
具体地，在本实施例中，为了进一步提高反演的原始地热流体的化学组分的准确率，还基于地热流体数据确定具体发生了哪些反应作用，包括脱气作用、混合作用和结垢作用，进而采用对应的化学反应模拟反推出原始地热流体的化学组分，相比传统方法单纯模拟结垢作用的化学反应更加准确。本发明实施例判别反应作用的具体步骤如下：
1.根据温度-深度变化数据和压力-深度变化数据判断是否发生了脱气作用。具体地，根据温度-深度变化数据和压力-深度变化数据分析，对于地表温度超过当地沸点的地热流体，在常规大气压下，通常认为发生了一定程度的脱气，特别是气体中CO2含量高时，脱气作用对地热流体化学组分影响较大。
2.基于地热井或泉水口的沉淀物判断是否发生了结垢作用。具体地，在本实施例中，可通过观测井筒、井口或者泉口沉淀物来判断是否发生结垢；还可监测井口温度、压力和流量数据，如压力增大，流量减少，则认为井筒发生了结垢；为了进一步提高判别准确度，还可利用测井曲线等来判断井筒是否发生了结垢作用。
3.利用地面地热流体的化学组分中Cl含量与δ2HH2O（氢稳定同位素组成）、δ18OH2O（氧稳定同位素组成）、Li和SiO2含量的相关性以及钠钾镁三角图判断是否发生了混合作用。具体地，如果Cl含量与δ2HH2O、δ18OH2O、Li和SiO2含量呈现很好的线性相关，且钠钾镁三角图上地热流体样品点表现出穿过镁端元的直线分布，则认为其发生了混合作用。
具体地，在一实施例中，上述步骤二，具体包括如下步骤：
步骤三：针对发生脱气作用的地热流体，根据地面地热流体的化学组分进行化学热力学模拟，得到原始地热流体的化学组分。
步骤四：针对发生混合作用和脱气作用的地热流体，矫正沸腾蒸汽损失对地热流体的影响，之后基于混合作用所对应的水文地球化学分析确定混合端元的比例，并结合混合流体组分及混合端元中冷水端元的组分，还原原始地热流体的化学组分。
步骤五：针对发生结垢作用的地热流体，使地热流体中碳酸盐、硫化物含量达到平衡态，以还原原始地热流体的化学组分。
具体地，对于仅发生脱气的地热流体，基于井筒的温度和压力监测数据，根据地面地热流体的化学组分，利用化学热力学模拟程序模拟得到热储流体组成特征。具体为模拟流体温度、脱气和焓值对化学组分的影响，模拟流体从深部到地表的运移过程，以及溶液与矿物之间的平衡状态，矫正脱气作用，得到地热流体上升至地表之前的原始地热流体的化学组分。对于发生混合作用及沸腾脱气作用的地热流体，根据地热流体水化学组成关系及Cl-焓值或二氧化硅-焓值混合模型判断发生混合作用的比例，并基于热力学模拟程序矫正沸腾蒸汽损失的影响，再还原地热深层的原始地热流体的化学组分。其中，若混合后发生沸腾作用，则先矫正沸腾蒸汽损失的影响；若混合前发生沸腾作用，则可以先基于混合作用的对应的水文地球化学分析反演出混合流体化学组分，后通过热力学模拟程序矫正沸腾蒸汽损失的影响，得到原始地热流体的化学组分。对于已发生结垢的地热流体，地表采集的地热流体样品化学组分由于受到结垢的影响，结垢矿物对应的离子含量相对储层的深部流体的离子含量偏小，对于此类样品，可强制地热流体中碳酸盐、硫化物含量达到平衡态，以此还原出原始地热流体的化学组分。基于此，通过上述步骤，对于脱气、混合以及结垢不同的化学作用进行针对性地地球化学分析，从而提高了还原出的原始地热流体的化学组分的准确率。
具体地，在一实施例中，上述步骤S103，具体包括如下步骤：
步骤六：基于原始地热流体的化学组分、温度-深度变化数据和压力-深度变化数据模拟出矿物饱和指数随温度的变化曲线。
步骤七：基于矿物饱和指数随温度的变化曲线确定矿物饱和指数变化曲线，判定结垢趋势。
具体地，将上述还原得到的深部热储流体的化学组分，以及井筒测试的温度和压力变化曲线，基于化学热力学模拟程序模拟矿物（碳酸盐垢、硫酸盐垢及硅酸盐垢）的饱和指数SI=log(Q/K)随温度变化曲线。式中，K表示一定温度下的矿物溶解常数；Q表示结垢物离子活度积。若log(Q/K)=0，则表征流体与矿物达平衡状态；若log(Q/K)<0，表示处于非饱和状态，不会结垢；若log(Q/K)>0，表示处于过度饱和状态，可能结垢。之后，基于矿物饱和指数随温度的变化情况，按照各个时刻温度对应的饱和指数绘制出用各个温度、各种结垢类型（碳酸盐垢、硫酸盐垢及硅酸盐垢）的结垢趋势变化曲线。此外，还可以基于拉伸指数和雷兹诺指数来计算碳酸钙的结垢系数，判断碳酸钙的结垢程度。最后，在模拟流程中，根据结垢趋势变化曲线的判断，选取某一结垢矿物的类型，利用PHREEQC程序中的平衡相态模块强制该矿物达到平衡态，使过饱和的矿物析出，得到单位时间和单位流量的单位最大结垢量，并据地热流体开采量和时间，计算得到地热现场的最大结垢量。针对各类型矿物遍历执行本实施例的步骤，从而可以准确预测出地热现场各种结垢类型的最大结垢量，提高了结垢预测的准确率。
具体地，在一实施例中，上述步骤S104，具体包括如下步骤：
步骤八：针对发生了混合作用和脱气作用的地热流体，若先发生混合作用再发生脱气作用，则对地面地热流体的化学组分进行蒸汽损失矫正，得到混合流体组分，再以地表冷水样品作为冷水端元对混合流体组分进行混合作用所对应的水文地球化学分析，得到重构的原始地热流体，并基于重构的原始地热流体的化学组分配置反应原液。
步骤九：若先发生脱气作用再发生混合作用，则对地面地热流体的化学组分进行混合作用所对应的水文地球化学分析，得到发生混合作用前的地热流体组分，再对发生混合作用前的地热流体组分进行蒸汽损失矫正，得到重构的原始地热流体，并基于重构的原始地热流体的化学组分配置反应原液。
具体地，对于仅发生脱气的地热流体和已发生结垢的地热流体，直接按照上述步骤三至步骤五得到的原始地热流体的化学组分，配置室内实验反应原液，包括地热水的化学组分及气体组分。
需要注意的是，井口或泉口取样得到的地热流体，一般是深部地热储层中的原始地热流体（热水混合端元）+上升过程中混入的浅部冷水（冷水混合端元）。因此对于发生混合作用的地热流体，需要分情况配置反应原液。若深部储层流体上升过程先发生混合作用再发生脱气作用，则对预先获取的地面地热流体的化学组分进行蒸汽损失矫正，得到混合流体组分，然后将地表冷水样品作为混合作用中的冷水混合端元，对混合流体组分进行混合作用所对应的水文地球化学分析，从而重构得到原始地热流体化学组分，然后基于原始地热流体的化学组分配置反应原液。若先发生脱气作用再发生混合作用，则先对地面地热流体的化学组分进行混合作用所对应的水文地球化学分析，得到发生混合作用前的地热流体组分，再基于化学热力学模拟软件对发生混合作用前的地热流体组分进行蒸汽损失矫正，从而得到重构的原始地热流体，然后基于重构得到的原始地热流体的化学组分配置反应原液。通过本实施例的反应原液配置步骤，使实验室参与实验的反应原液更加贴近地热现场深部的原始地热流体，提高了后续实验结果的准确率。
具体地，在一实施例中，上述步骤S104，具体还包括如下步骤：
步骤十：基于预设的控制策略，控制实验室反应设备，以使反应原液在实验室反应设备中反应，预设的控制策略基于温度-深度变化数据和压力-深度变化数据生成。
步骤十一：当实验室反应设备的温度和压力调整到井口温度和井口压力时，对于仅发生脱气作用、结垢作用、以及先发生混合作用再发生脱气作用的地热流体，在预设反应时间之后结束。
步骤十二：当实验室反应设备的温度和压力调整到井口温度和井口压力时，对于先发生脱气作用再发生混合作用的地热流体，将地表冷水样品作为冷水混合端元，按照混合端元的比例，注入实验室反应设备中，然后在预设反应时间之后结束。
具体地，配置好反应原液后，将反应原液注入到实验室反应设备的高温高压反应腔中，按照井筒内温度和压力随深度变化的数据，利用控制器设置反应腔的温度和压力，具体设置方法为：按照深部储层的高温和高压值到井口温度和井口压力的区间，依次以一定间隔设置，以模拟地热流体从储层上升到地表的变化过程，得到预设的控制策略。当实验室反应设备温度和压力调整到井口温度和压力时，对于仅发生脱气作用、结垢作用、以及先发生混合作用再发生脱气作用的地热流体，按照预设反应时间进行反应即可；对于先发生脱气再发生混合作用的地热流体，则需要将地表冷水样品作为浅部冷水混合端元，按照上述步骤四得到的混合比例，将对应比例的冷水端元流体通过液体加注装置注入到反应腔中，然后按照预设反应时间反应，使反应过程更加贴近真实的地球化学反应过程，从而提高后续取样时结垢样本的准确率。
通过上述步骤，本申请提供的技术方案，首先采集地面地热流体的化学组分数据、地热流体温度随深度变化的数据以及压力随深度变化的数据，然后基于上述地热流体数据进行水文地球化学反应分析，反演推导出在地球化学反应之前、地热田深部的原始地热流体的化学组分。从而通过原始地热流体的化学组分、温度随深度变化的数据和压力随深度变化数据生成地热流体的矿物饱和指数变化曲线，判定结垢趋势。然后，基于原始地热流体的化学组分配置反应原液，并将反应原液输入到实验室预先设置的实验室反应设备中，按照温度随深度变化的数据以及压力随深度变化的数据做实验室实验，以获取到实验室反应设备输出的结垢样本。最后根据实验室获取的结垢样本和模拟得到的结垢趋势进行互相验证，以确定两种流程最匹配的结垢类型、以及结垢类型对应的结垢量，从而按照验证的结果预测出地热现场的结垢量，进一步提高了地热流体预测结垢情况的准确度。
此外，本发明实施例分别针对地热流体发生的脱气、混合以及结垢作用，进行精细化的地球化学反应分析和模拟，从而反演出更加准确的原始地热流体的化学组分。不仅进一步提高了模拟流程中结垢趋势的准确度，还提高了实验室试验流程中反应原液配置的准确度，从而经过整体预测流程后，提高了最终预测的结垢量准确度。
如图3所示，本实施例还提供了一种地热流体结垢预测装置，该装置包括：
数据采集模块101，用于采集地热流体样品，并对样品进行分析测试，得到地热流体数据，地热流体数据包括地面地热流体的化学组分、温度-深度变化数据和压力-深度变化数据。详细内容参见上述方法实施例中步骤S101的相关描述，在此不再进行赘述。
模拟模块102，用于基于地热流体数据进行水文地球化学分析，反演出地热流体从深部储层上升至地表之前的原始地热流体的化学组分。详细内容参见上述方法实施例中步骤S102的相关描述，在此不再进行赘述。
预测模块103，用于基于原始地热流体的化学组分、温度-深度变化数据和压力-深度变化数据生成矿物饱和指数变化曲线，并基于矿物饱和指数变化曲线判定结垢趋势。详细内容参见上述方法实施例中步骤S103的相关描述，在此不再进行赘述。
实验模块104，用于基于原始地热流体的化学组分配置反应原液，并将反应原液输入实验室反应设备进行反应，以获取实验室反应设备输出的结垢样本。详细内容参见上述方法实施例中步骤S104的相关描述，在此不再进行赘述。
验证模块105，用于利用结垢样本和结垢趋势互相验证，确定地热现场的结垢类型和结垢量。详细内容参见上述方法实施例中步骤S105的相关描述，在此不再进行赘述。
本发明实施例提供的地热流体结垢预测装置，用于执行上述实施例提供的地热流体结垢预测方法，其实现方式与原理相同，详细内容参见上述方法实施例的相关描述，不再赘述。
通过上述各个组成部分的协同合作，本申请提供的技术方案，首先采集地面地热流体的化学组分数据、地热流体温度随深度变化的数据以及压力随深度变化的数据，然后基于上述地热流体数据进行水文地球化学分析，反演推导出在地球化学反应之前、地热田深部的原始地热流体的化学组分。从而通过原始地热流体的化学组分、温度随深度变化的数据和压力随深度变化数据生成地热流体的矿物饱和指数变化曲线，判定结垢趋势。然后，基于原始地热流体的化学组分配置反应原液，并将反应原液输入到实验室预先设置的实验室反应设备中，按照温度随深度变化的数据以及压力随深度变化的数据做实验室实验，以获取到实验室反应设备输出的结垢样本。最后根据实验室获取的结垢样本和模拟得到的结垢趋势进行互相验证，以确定两种流程最匹配的结垢类型、以及结垢类型对应的结垢量，从而按照验证的结果预测出地热现场的结垢量，进一步提高了地热流体预测结垢情况的准确度。
此外，本发明实施例分别针对地热流体发生的脱气、混合以及结垢作用，进行精细化的地球化学反应分析和模拟，从而反演出更加准确的原始地热流体的化学组分。不仅进一步提高了模拟流程中结垢趋势的准确度，还提高了实验室试验流程中反应原液配置的准确度，从而经过整体预测流程后，提高了最终预测的结垢量准确度。
图4示出了本发明实施例的一种实验室反应设备，该设备包括控制器1、进样装置2、反应腔3、加热套4、搅拌器5、出气口6和采样口7。其中进样装置2包括液体进样池8和气体进样瓶9，均用于存放反应原液。进样装置2、出气口6和采样口7分别通过对应的阀门10与反应腔3连接，阀门10、搅拌器5和加热套4均与控制器1通信连接，阀门10根据控制器1发出的指令调整开度，加热套4根据控制器1发出的指令调整温度。在液体进样池8和反应腔3的管道之间，还设置有加注装置11，用于将对应比例的冷水端元流体注入到反应腔3中。当实验室实验流程开始时，反应原液从进样装置2进入反应腔3内，然后控制器1按照控制策略调温调压，当反应结束后，先从采样口7将反应腔3内的流体抽出，然后通过出气口6排气。当反应腔3的压力与环境大气压一致时，打开反应腔3，进行结垢样本的采样工作。
其中，如图5所示，控制器1包括处理器901和存储器902，可以通过总线或者其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。控制器1除了控制实验室反应设备整体进行实验室实验之外，还直接运行上述方法实施例中模拟流程的指令，进行地球化学反应分析和模拟，计算得到矿物饱和指数变化曲线，判定结垢趋势。
处理器901可以为中央处理器（Central Processing Unit，CPU）。处理器901还可以为其他通用处理器、数字信号处理器（Digital Signal Processor，DSP）、专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）、现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，FPGA）或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
存储器902作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如上述方法实施例中的方法所对应的程序指令/模块。处理器901通过运行存储在存储器902中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的方法。
存储器902可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器901所创建的数据等。此外，存储器902可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器902可选包括相对于处理器901远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器901。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
一个或者多个模块存储在存储器902中，当被处理器901执行时，执行上述方法实施例中的方法。
上述实验室反应设备具体细节可以对应参阅上述方法实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，实现的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）、随机存储记忆体（Random Access Memory，RAM）、快闪存储器（Flash Memory）、硬盘（Hard Disk Drive，缩写：HDD）或固态硬盘（Solid-State Drive，SSD)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
虽然结合附图描述了本发明的实施例，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种地热流体结垢预测方法，其特征在于，所述方法包括：
采集地热流体样品，并对样品进行分析测试，得到地热流体数据，所述地热流体数据包括地面地热流体的化学组分、温度-深度变化数据和压力-深度变化数据；
基于所述地热流体数据进行水文地球化学分析，反演出地热流体从深部储层上升至地表之前的原始地热流体的化学组分；
基于所述原始地热流体的化学组分、温度-深度变化数据和压力-深度变化数据生成矿物饱和指数变化曲线，并基于所述矿物饱和指数变化曲线判定矿物结垢趋势；
基于所述原始地热流体的化学组分配置反应原液，并将所述反应原液输入实验室反应设备进行反应，以获取所述实验室反应设备输出的结垢样本；
利用所述结垢样本和所述结垢趋势互相验证，确定地热现场的结垢类型和结垢量。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述地热流体数据进行水文地球化学分析，反演出地热流体从深部储层上升至地表之前的原始地热流体的化学组分，包括：
利用所述地热流体数据分析地热流体从深部储层上升至地表时发生的反应作用，所述反应作用至少包括脱气作用、混合作用和结垢作用中的一种；
对所述反应作用进行对应的水文地球化学分析，以反演出所述原始地热流体的化学组分。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述反应作用进行对应的水文地球化学分析，以反演出所述原始地热流体的化学组分，包括：
针对发生所述脱气作用的地热流体，根据所述地面地热流体的化学组分进行化学热力学模拟，得到所述原始地热流体的化学组分；
针对发生所述混合作用和所述脱气作用的地热流体，通过矫正沸腾蒸汽损失对地热流体的影响、确定混合端元的比例并结合混合流体组分和混合端元中冷水端元的组分，还原所述原始地热流体的化学组分；
针对发生所述结垢作用的地热流体，使地热流体中碳酸盐、硫化物含量达到平衡态，以还原所述原始地热流体的化学组分。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述原始地热流体的化学组分配置反应原液，包括：
针对发生了混合作用和脱气作用的地热流体，若先发生混合作用再发生脱气作用，则对所述地面地热流体的化学组分进行蒸汽损失矫正，得到混合流体组分，再以地表冷水样品作为冷水端元对所述混合流体组分进行混合作用所对应的水文地球化学分析，得到重构的原始地热流体，并基于重构的原始地热流体的化学组分配置反应原液；
若先发生脱气作用再发生混合作用，则对所述地面地热流体的化学组分进行混合作用所对应的水文地球化学分析，得到发生混合作用前的地热流体组分，再对所述发生混合作用前的地热流体组分进行蒸汽损失矫正，得到重构的原始地热流体，并基于重构的原始地热流体的化学组分配置反应原液。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将所述反应原液输入实验室反应设备进行反应，包括：
基于预设的控制策略，控制所述实验室反应设备，以使所述反应原液在所述实验室反应设备中反应，所述预设的控制策略基于所述温度-深度变化数据和压力-深度变化数据生成；
其中，当所述实验室反应设备的温度和压力调整到井口温度和井口压力时，对于仅发生脱气作用、结垢作用、以及先发生混合作用再发生脱气作用的地热流体，在预设反应时间之后结束；
当所述实验室反应设备的温度和压力调整到井口温度和井口压力时，对于先发生脱气作用再发生混合作用的地热流体，将地表冷水样品作为冷水混合端元，按照所述混合端元的比例，注入所述实验室反应设备中，然后在预设反应时间之后结束。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述实验室反应设备输出的结垢样本以如下方式获取：
将所述实验室反应设备中的地热流体抽出；
打开所述实验室反应设备，并对所述实验室反应设备内部结垢取样得到所述结垢样本。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对样品进行分析测试，得到地热流体数据，包括：
若所述地热流体样品是温泉水，则通过成分分析获取所述温泉水的化学组分，采集所述温泉水的流体温度数据，再对所述温泉水的流体温度数据进行地温梯度及静水压力评估，得到所述温泉水的温度-深度变化数据和所述压力-深度变化数据；
若所述地热流体样品是地热井水，则通过成分分析获取所述地热井水的化学组分，并采集所述地热井水的温度-深度变化数据和压力-深度变化数据。
8.一种地热流体结垢预测装置，其特征在于，所述装置包括：
数据采集模块，用于采集地热流体样品，并对样品进行分析测试，得到地热流体数据，所述地热流体数据包括地面地热流体的化学组分、温度-深度变化数据和压力-深度变化数据；
模拟模块，用于基于所述地热流体数据进行水文地球化学分析，反演出地热流体从深部储层上升至地表之前的原始地热流体的化学组分；
预测模块，用于基于所述原始地热流体的化学组分、温度-深度变化数据和压力-深度变化数据生成矿物饱和指数变化曲线，并基于所述矿物饱和指数变化曲线判定结垢趋势；
实验模块，用于基于所述原始地热流体的化学组分配置反应原液，并将所述反应原液输入实验室反应设备进行反应，以获取所述实验室反应设备输出的结垢样本；
验证模块，用于利用所述结垢样本和所述结垢趋势互相验证，确定地热现场的结垢类型和结垢量。
9.一种实验室反应设备，其特征在于，包括：控制器、进样装置、反应腔、加热套、搅拌器、出气口和采样口，其中所述控制器存储有计算机指令，通过执行所述计算机指令，从而执行如权利要求1-7任一项所述的方法；
所述进样装置用于存放反应原液，所述进样装置、所述出气口和所述采样口分别通过对应的阀门与所述反应腔连接，所述阀门、所述搅拌器和所述加热套均与所述控制器通信连接。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机从而执行如权利要求1-7任一项所述的方法。
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