地下熱水開采過程中,井筒周圍持續(xù)散熱導致地熱水溫度降低形成了井筒溫度損失。目前關(guān)于井筒溫度損失的研究很少,在地熱利用方案的編寫過程中難以確定設(shè)計排量下的井口熱水溫度,致使后續(xù)井網(wǎng)部署及單井配產(chǎn)困難,配產(chǎn)量與實際用熱需求易產(chǎn)生供需矛盾。該文首次建立了地熱井井筒溫度損失模型。借助大型有限元軟件COMSOL Multiphysics,以華北油田某潛山區(qū)塊實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)為例,進行熱采井筒溫度損失影響因素分析,并分別對實際生產(chǎn)中霧迷山組熱水井和高于莊組熱水井井筒溫度損失進行了預(yù)測,為下一步地熱開采方案的編制提供借鑒和理論指導。 

【文章來源】：地質(zhì)與勘探. 2019,55(05)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：11 頁

【部分圖文】：

高于莊組采熱水幾何模型Fig．1Geometricmodelforgeothermalwaterexploitation

第5期豆惠萍等:供暖地熱開采井筒溫度損失模型及應(yīng)用1.1物理模型根據(jù)地質(zhì)分層和井的完鉆數(shù)據(jù)，分別建立了高于莊組采熱水三維幾何模型(圖1)和霧迷山組采熱水三維幾何模型(圖2)。井筒半徑根據(jù)實際情況為215.9mm;綜合考慮計算精度及計算量，將研究半徑定為400m(孫彭光，2018)。霧迷山組模擬井深到1700m，高于莊組模擬井深到3000m。模型中坐標原點O為井口，x、y方向為井眼橫截面上任意兩個相互垂直的方向，z方向為井眼軸向方向。圖1高于莊組采熱水幾何模型Fig．1GeometricmodelforgeothermalwaterexploitationintheGaoyuzhuangFormation圖2霧迷山組采熱水幾何模型Fig．2GeometricmodelforgeothermalwaterexploitationintheWumishanFormation1.2數(shù)學模型本文研究對象為井筒內(nèi)地熱水的溫度損失，不考慮地熱水由地層滲流至井底的過程，故只進行井筒內(nèi)流場和井筒及地層溫度場的模擬計算。借助有限元軟件COMSOLMultiphysics進行建模分析，為了使模擬結(jié)果更準確、更接近現(xiàn)實，將控制方程與熱傳導方程進行耦合求解(王貴玲等，2002;王杰祥等，2003;劉杰等，2010;方藝蛟等，2017)。1.2.1控制方程地熱開采一般單井配產(chǎn)較高，井筒內(nèi)流態(tài)為紊態(tài)，故用紊流控制方程進行模擬計算。選用ＲNGk－ε紊流模型，該模型對高雷諾數(shù)和低雷諾數(shù)紊流流動均適用，可精確推導模型常數(shù)，故可準確模擬地下熱水在井筒內(nèi)的流動(喬智國和葉翠蓮，2008;李冬等，2012;楊謀等，2013)。ρ?k?t+ρ(u·")k="·μ+μTσk()["k]+Pk－ρε(1)ρ?ε?t+ρ(u·")ε="·μ+μTσ?

ta地層密度(kg·m－3)熱容(J·kg－1·K－1)導熱系數(shù)(W·m－1·K－1)第四系18008001.2明化鎮(zhèn)組19568571.7霧迷山組27008987楊莊組30008982.49高于莊組270089872模擬結(jié)果分析供暖時間一般為每年的11月15日至次年的3月15日，故本文以供暖井360天(生產(chǎn)120天，關(guān)井240天)為周期進行分析。2.1熱采溫度場分布規(guī)律分析以高于莊組3000m井深熱采模型為例，對熱采過程中地層以及井筒的溫度場進行了模擬，溫度場的三維顯示見圖3。圖3地層溫度場分布云圖Fig．3Clouddiagramshowingtemperaturedistributionofstrata溫度場分布以井筒為軸，成軸對稱圖形。熱采過程由于熱傳導作用，井筒內(nèi)熱水溫度降低，井筒周圍地層被加熱。圖4為產(chǎn)水量4000m3·d－1生產(chǎn)120d后不同深度處的地層溫度分布，由圖可以看出:(1)井筒對地層溫度的影響范圍在15m左右;(2)井深越淺，井筒內(nèi)外溫度差越大，井筒溫度對地層溫度影響范圍越大。圖4不同井深下距離井筒不同距離地層溫度分布Fig．4Temperaturedistributionatdifferentdepthsandvarieddistancestotheborehole圖5為日采水量2000m3·d－1生產(chǎn)120d后井筒內(nèi)熱水溫度隨井深變化圖，由圖可以看出:(1)熱水開采過程中越接近井口溫度越低;(2)井筒內(nèi)熱水溫度減小速度隨井深變化，總體上熱水溫度隨井深減小而加速減小。井筒溫度在井深800m和井深1800m處出現(xiàn)拐點，主要是由于此處導熱系數(shù)存在非均質(zhì)性所致�？傊�，井筒熱水溫度的變化是由溫差和導熱系數(shù)共同決定的。圖5日采水量2000m3·d－1井筒內(nèi)熱水溫度隨井深變

【參考文獻】：
期刊論文
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本文編號：3610810