科技和产业

地层	岩性	导热系数/ [W· (m· ℃)^-1]	热扩散系数/(m²· s^-1)	体积比热容/ [MJ·(m³· ℃)^-1]
白垩系下统	砂岩	1.44	0.93	1.55
砂泥岩	1.65	0.92	1.79
173#砂岩	1.83			2 386
模型取值	1.55	0.925	1.67	2 386
侏罗系中统	砂岩	1.75	0.88	2.01
中砂岩	1.38	0.88	1.57
砂泥岩	1.72	0.90	1.91
泥岩	1.99	1.03	1.93
231#砂岩	2.44			2 234
337#砂岩	1.43			2 321
模型取值	1.71	0.89	1.855	2322
侏罗系下统	砂岩	1.53	1.50	1.02
中砂岩	1.76	1.07	1.65
砂泥岩	1.27	0.89	1.43
泥岩	1.82	0.92	1.98
模型取值	1.70	1.10	1.52	2 070
三叠系上统	砂岩	2.59	1.20	2.16
泥岩	2.13	1.24	1.72
C114细砂岩	1.75
FX123泥岩	1.45
FX329砂岩	1.44
L227砂岩	1.12
L157砂岩	1.47
模型取值	2.32	1.24	1.89	2 289

地层	岩性	导热系数/ [W· (m· ℃)^-1]	热扩散系数/(m²· s^-1)	体积比热容/ [MJ·(m³· ℃)^-1]
白垩系下统	砂岩	1.44	0.93	1.55
砂泥岩	1.65	0.92	1.79
173#砂岩	1.83			2 386
模型取值	1.55	0.925	1.67	2 386
侏罗系中统	砂岩	1.75	0.88	2.01
中砂岩	1.38	0.88	1.57
砂泥岩	1.72	0.90	1.91
泥岩	1.99	1.03	1.93
231#砂岩	2.44			2 234
337#砂岩	1.43			2 321
模型取值	1.71	0.89	1.855	2322
侏罗系下统	砂岩	1.53	1.50	1.02
中砂岩	1.76	1.07	1.65
砂泥岩	1.27	0.89	1.43
泥岩	1.82	0.92	1.98
模型取值	1.70	1.10	1.52	2 070
三叠系上统	砂岩	2.59	1.20	2.16
泥岩	2.13	1.24	1.72
C114细砂岩	1.75
FX123泥岩	1.45
FX329砂岩	1.44
L227砂岩	1.12
L157砂岩	1.47
模型取值	2.32	1.24	1.89	2 289

鄂尔多斯油区低温废弃井改造地热井换热参数

PDF下载

颜世龙 ¹^,² , 余华贵 ¹^,³ , 王鹏 ⁴ , 刘石 ¹^,² , 温洋 ¹^,² , 高千 ¹^,²

科技和产业 | 科技创新 2025,25(1): 9-15

收起

科技和产业 | 科技创新 2025, 25(1): 9-15

鄂尔多斯油区低温废弃井改造地热井换热参数

全屏

颜世龙¹^,², 余华贵¹^,³, 王鹏⁴, 刘石¹^,², 温洋¹^,², 高千¹^,²

作者信息

¹ 西安石油大学新能源学院, 西安 710065

² 西安石油大学石油工程学院, 西安 710065

³ 油气田智慧能源与碳中和陕西省高校工程研究中心, 西安 710065

⁴ 安东石油技术(集团)有限公司, 北京 100102

颜世龙(2000—),男,陕西西安人,硕士研究生,研究方向为地热能开发;

王鹏(1998—),男,陕西汉中人,硕士,研究方向为同心管换热器、废弃油井换热;

刘石(1999—),男,陕西西安人,硕士研究生,研究方向为二氧化碳封存、地热方面数值模拟;

温洋(2002—),女,陕西渭南人,硕士研究生,研究方向为二氧化碳示踪与检测;

高千(1984—),男,湖北仙桃人,工学博士,副教授,硕士研究生导师,研究方向为地热开采、油气开采等领域中与岩石力学相关问题。

通讯作者:

余华贵(1979—),女,湖北黄冈人,博士,副教授,研究方向为地热能开发、碳利用与封存。

Parameters of Heat Exchange in Geothermal Wells that Have been Retrofitted with Low-temperature Abandoned Wells in the Ordos Oil Zone

Shilong YAN¹^,², Huagui YU¹^,³, Peng WANG⁴, Shi LUI¹^,², Yang WEN¹^,², Qian GAO¹^,²

Affiliations

¹ College of New Energy, Xi’an Shiyou University, Xi’an 710065, China

² College of Petroleum Engineer, Xi’an Shiyou University, Xi’an 710065, China

³ Engineering Research Center of Smart Energy and Carbon Neutral in Oil & Gas Field, Universities of Shaanxi Province, Xi’an 710065, China

⁴ Anton Oilfield Services (Group) Ltd., Beijing 100102, China

出版时间: 2025-01-10

文章导航

摘要

收起

为有效激活油田休眠资产,将废弃油气井改造成为同轴套管式换热器提取地热能,实现能源的接替开发,以陕北定边县某废弃油井为研究对象,运用开源多场物理数值模拟软件OpenGeoSys的地埋管换热模块对其进行换热性能研究,分析不同循环流量、换热内管直径、换热功率和换热周期等参数对改造井换热性能的影响。结果表明:换热功率一定时,15 m³/h的流量既能得到较高的出口水温,又能保证换热器的长期稳定运行;换热功率一定时,直径不同的内管出口端水温的变化幅度仅0.17 ℃;延米换热功率每增加50 W,供暖季季末出口水温降低约17.55 ℃,平均降幅0.35 ℃/W;换热功率一定时,供暖季时长每增加1个月,年最低出口端温度下降幅度增加约1 ℃;供暖季时长为4、5、6、7、8个月时,供暖季出口端水温进入准稳态所需时间分别为15、18、21、24、27 年。推荐在鄂尔多斯盆地地区废弃油气井采样同轴套管换热器提取地热能时,采用每年取热时间为5个月,关井时间为7个月的换热周期,循环流量为15 m³/h,延米换热功率为100 W。

关键词

油井改地热井 / 同轴换热管 / 换热性能

Abstract

收起

In order to effectively activate the dormant assets of oil fields, the abandoned oil and gas wells are transformed into coaxial cased heat exchangers to extract geothermal energy and realise the successive development of energy, taking a shut-down oil well in Dingbian County, Shaanbei as the study example, the borehole heat exchanger module of the open-source software OpenGeoSys was used to study its heat exchange performance. Effects of different circulation flow rates, inner tube diameters of heat exchanger, power of heat exchanger, and seasonal heat extraction cycles on the performance of the transformed well are analyzed. Results show that when the heat exchange power is fixed, a flow rate of 15 m³/h can both obtain a higher outlet water temperature and ensure a long-term stable operation of the heat exchanger, using different diameters, variation of water temperature at the outlet end of the inner tube is only 0.17 ℃. For every additional 50 W of heat exchange power per meter, the outlet water temperature at the end of the heating season decreases by about 17.55 ℃, with an average decrease of 0.35 ℃/W. When the heat exchange power is constant, for every one additional month of a heating season, the annual minimum outlet temperature decreases by about 1 ℃, when the heating season is 4, 5, 6, 7, 8 months, the time required for the outlet temperature to reach a quasi-steady state during the heating season is 15, 18, 21, 24, 27 years, respectively. In order to improve the heat exchange performance of the geothermal well, it is recommended that a seasonal cycle of 5 months of heat extraction and 7 months of well shutdown in Ordos Basin Area should be used, with a circulation flow rate of 15 m³/h and a heat exchange power of 100 W.

Key words

oil well to geothermal well conversion / coaxial heat exchange tube / heat exchange performance

引用本文

颜世龙, 余华贵, 王鹏, 刘石, 温洋, 高千. 鄂尔多斯油区低温废弃井改造地热井换热参数. 科技和产业, 2025 , 25 (1) : 9 -15 .

Shilong YAN, Huagui YU, Peng WANG, Shi LUI, Yang WEN, Qian GAO. Parameters of Heat Exchange in Geothermal Wells that Have been Retrofitted with Low-temperature Abandoned Wells in the Ordos Oil Zone[J]. Science Technology and Industry, 2025 , 25 (1) : 9 -15 .

正文

收起

地热能是近年来受到广泛关注的可再生能源,因其绿色、环保、储量大、分布广泛等优点,逐渐受到越来越多的重视^[1]。在“双碳”目标下,开发地热能在调整能源结构和推进生态文明建设方面具有重大现实及战略意义^[2]。鄂尔多斯盆地是中国重要的能源矿产基地,是油气储量、产量增长最快的区域,其油气资源主要为低渗透资源,井网加密、反复改造是低渗透油气藏开发的主要手段,造成了低渗透油气田总井数、废弃井数量双高。盆地内油区地温梯度普遍小于3 ℃/100 m,地热资源以中低温岩热型地热为主^[3],资源化利用油气田废弃井是中国未来能源开发中亟须解决的问题。将已不具备油气生产条件的油井改造成地热井,不仅可以最大限度地开发地下能源,还能在地热能资源开发过程中节约大量的钻井费用,而且在一定程度上对当地的环境污染和安全隐患可以进行有效治理^[4]。

鄂尔多斯盆地油气储层物性条件差,孔隙度、渗透率双低,热对流效果差,可采用增强型地热系统(enhanced/engineered geothermal systems,EGS)、井下换热器(borehole heat exchanger,BHE)等方法进行地热能开采。相比于EGS,BHE不需要进行水力压裂,一方面避免了低渗透储层改造的复杂性和不确定性^[4],另一方面,油气井在生产周期中数据记录可以为改造后的地热井提供井史参数,将大大降低地热井的工程风险。鄂尔多斯盆地油气井固有的深度对应了中深层地热的深度,废弃井原有的井筒装置可作为中深层同轴套管式地埋管换热器的外管,回填材料也无法更换,改造工程的关键在于确定可改变的参数,如中心管的尺寸及其物理性能、换热工质及其换热效率、换热与蓄热的周期等^[5]。

目前,在中深层套管式地埋管换热器换热参数的研究中,换热器的尺寸、材料、换热介质等均是可变参数^[6],在指导新井部署中意义较大。李娟等^[7]通过套管式和双“U”型换热器换热性能对比研究,提出延米换热量与管内流速有很大关系,套管式换热器推荐使用的经济流速须从大量的实验或者模拟计算中取得,并结合经济性分析得以确定。刘洪涛等^[8]通过模拟设计参数对中深层套管式地埋管长期换热性能的影响,认为埋管深度越大,换热器取热功能下降的比例越低。蒋坤卿等^[9]则提出同轴开式换热器的换热性能优于常规闭环结构的地埋管换热器,并指出开式换热器的换热功率与孔径、岩石导热系数、含水层渗透率正相关。2022年3月,长庆油田第一口长停井已成功改造为地热井^[10],标志着鄂尔多斯盆地油气田长停井改造地热井进入工程实践阶段。本文抽象化了该井及邻区多口废弃井的数据,利用OpenGeoSys(OGS)模拟器建立数学模型研究不同因素对换热性能的影响^[11],并提出了改造井1年中运行5个月,关停恢复7个月的建议,以期为将来类似油藏废弃井改造提供参考与指导。

1 控制方程与数值模型建立

收起

1.1 数值模拟原理

OpenGeoSys(OGS)是由德国亥姆霍兹环境研究中心(UFZ)作为研发主体,开发的一款开源软件,至今已有30多年的开发历史,并被分别应用于核废物处置、水污染分析、CO₂封存和地热能开发利用等多个项目中。

基于有限元原理,将地层和井内套管分别作为两个相互耦合的连续介质。在地层中,存在热传导与热对流,控制方程^[12]为

(1)

$\frac{\partial }{\partial \mathit{t}}[{\mathit{\epsilon }}^{\mathit{s}}{\mathit{\rho }}^{\mathit{f}}{\mathit{c}}^{\mathit{f}}+(1-{\mathit{\epsilon }}^{\mathit{s}}\left){\mathit{\rho }}^{\mathit{s}}{\mathit{c}}^{\mathit{s}}\right]{\mathit{T}}_{\mathit{s}}+$

$\nabla ·\left({\mathit{\rho }}^{\mathit{f}}{\mathit{c}}^{\mathit{f}}\mathit{\upsilon }{\mathit{T}}_{\mathit{s}}\right)-\nabla ·({\mathit{\Lambda }}^{\mathit{s}}·\nabla {\mathit{T}}_{\mathit{s}})={\mathit{H}}_{\mathit{s}}$

式中:T_s为地层温度;ε^s为岩石(土)的孔隙度;ρ^f为流体的密度;ρ^s为岩石(土)的密度;c^f为流体f的比热容;c^s为岩石(土)s的比热容;υ为给定地下水的Darcy流速;Λ^s为水动力作用下的热量扩散系数;H_s为热量生成或者消耗的源汇项。

地层和套管之间存在热交换,上述控制方程的边界条件为

(2)

$-({\mathit{\Lambda }}^{\mathit{s}}·\nabla {\mathit{T}}_{\mathit{s}})={{\mathit{q}}_{\mathit{n}}}_{{\mathit{T}}_{\mathit{s}}}$

式中:q_{nT_s}为地层和井内套管间的热流密度。

对换热器中的上、下行管路(k为换热器的换热系数,k=i, o)部分,其控制方程为

(3)

${\mathit{\rho }}^{\mathit{r}}{\mathit{c}}^{\mathit{r}}\frac{\partial {\mathit{T}}_{\mathit{k}}}{\partial \mathit{t}}+{\mathit{\rho }}^{\mathit{r}}{\mathit{c}}^{\mathit{r}}\mathit{u}·\nabla {\mathit{T}}_{\mathit{k}}-\nabla ·({\mathit{\Lambda }}^{\mathit{r}}·\nabla {\mathit{T}}_{\mathit{k}})={\mathit{H}}_{\mathit{k}}$

式中:r代表循环水;u代表循环水的流速。

式(3)的边界条件为

(4)

$-({\mathit{\Lambda }}^{\mathit{r}}·\nabla {\mathit{T}}_{\mathit{k}})·\mathit{n}={\mathit{q}}_{\mathit{n}{\mathit{T}}_{\mathit{k}}}$

式中:n为垂直于边界表面的单位向量;循环水的水动力热扩散系数Λ^r定义为

(5)

${\mathit{\Lambda }}^{\mathit{r}}=({\mathit{\lambda }}^{\mathit{r}}+{\mathit{\rho }}^{\mathit{r}}{\mathit{c}}^{\mathit{r}}{\mathit{\beta }}_{\mathit{L}}‖\mathit{u}‖)\mathit{\delta }$

式中:ρ^r为循环水密度;δ为厚度;β_L为气相与固相导热系数之比;λ^r为导热率;c^r为循环水比热容。

管道周边的水泥环透水性差,忽略其热对流过程,则有控制方程为

(6)

$(1-{\mathit{\epsilon }}^{\mathit{g}}){\mathit{\rho }}^{\mathit{g}}{\mathit{c}}^{\mathit{g}}\frac{\partial {\mathit{T}}_{\mathit{k}}}{\partial \mathit{t}}-\nabla ·\left[(1-{\mathit{\epsilon }}^{\mathit{g}}){\mathit{\lambda }}^{\mathit{g}}·\nabla {\mathit{T}}_{\mathit{k}}\right]={\mathit{H}}_{\mathit{k}}$

式中:上标g表示水泥环。

式(6)的边界条件为

(7)

$-\left[\right(1-{\mathit{\epsilon }}^{\mathit{g}}){\mathit{\lambda }}^{\mathit{g}}·\nabla {\mathit{T}}_{\mathit{k}}]·\mathit{n}={\mathit{q}}_{\mathit{n}{\mathit{T}}_{\mathit{k}}}$

利用有限元方法、OGS软件构建地下换热器模块对上述控制方程组进行离散并求解。在理论分析的基础上,Beier^[13]推导了可用于深井换热模型的解析解,该解析解考虑了井管中热量的运移以及井管周围岩土体温度的瞬态变化。该解析解基于下列假定:①岩土体初始温度均匀分布;②井管换热功率不随时间发生变化;③无地下水流动;④沿井管方向,岩土体无热传导。Morchio等^[14]进一步论证了当深度大于800 m时,同轴套管式换热器能够提取更多的地层热量,更适合提取深井的地热能。中深层同轴套管换热器供热系统原理如图1所示。

1.2 某中低温废弃井同轴套管式换热数值模型建立

目标研究区的主力油层深度2 300~2 800 m,在钻井过程中,表层套管的水泥一般返至地面,技术套管会下至井底,具有改造成同轴套管式换热的基础条件。由于储层物性差,通常需要实施压裂等技术措施以提高单井产能。压裂等作业会破坏油层段套管的完整性,为防止地层流体进入换热器,改造过程需对油层进行封堵。封堵会造成井底深度变化,结合周边油水井的平均深度,将模型垂向深度确定为2 680 m。

基于区域地质资料,将地下埋深2 680 m垂向从上至下分为白垩系下统、侏罗系中统、侏罗系下统、三叠系上统4层段。本研究测定了靖边油田3块岩石样品的导热系数、岩石密度;参考《中深层地热地埋管供热系统应用技术规程》(DBJ61-T166—2020)附录A^[15]、文献[16],结合各岩层中砂岩层、泥岩层的实际厚度,确定了同轴套管式换热数学模型的导热系数、热扩散系数、体积比热容等岩层热物性参数以及岩石密度数据。这一系列参数设定可更好地模拟同轴套管式换热中管内外部的热传递过程,为油田地热能的开发和管理提供理论指导和技术支撑。某中低温废弃井同轴套管式换热数学模型的岩层热物性取值见表1。

李奉翠等^[17]对30年取热周期结束时中深层地埋管换热器不同深度处岩体温度受干扰半径进行了模拟研究,规定温度变化大于0.01 ℃的最大径向距离为受干扰半径。结果表明,2 500 m和3 000 m处的受干扰半径分别为 108、112 m。为提高模型的运算效率,本文中所建模型的顶底范围仅设为200 m×200 m。在纵向上,将同轴换热管的长度设为2 680 m,同时将模型的纵向长度延伸至2 800 m。设置地表平均温度为10.3 ℃;井孔套管尺寸内径为124.26 mm,套管壁厚7.72 mm,套管导热率为40 W/(m·℃);中心管直径62 mm,中心管壁厚8.3 mm,中心管导热率为0.4 W/(m·℃);固井水泥热容为1 000 J/℃,水泥导热率为0.7 W/(m·℃),水泥密度为2 200 kg/m³;循环水使用自来水。

2 不同因素对换热性能的影响

收起

在废弃油井改造地热井过程中,因利用了原有钻孔,因此同轴换热器的外管需视为不可改变的基础条件。例如,在陕北地区,深度在2 500~3 000 m的油井其技术套管外径一般为139.7 mm,壁厚为7.72 mm。因此,研究废弃井改造地热井的换热性能,主要针对可改变的参数,如中心管的大小及其物理性能、换热工质及其换热效率,换热与蓄热的周期等。

2.1 内径不同的换热内管对换热性能的影响

在外套管不变的前提下,按照美国石油学会(American Petroleum Institute,API)标准中的油管管径、壁厚进行匹配并模拟,探讨换热管内径对换热性能的影响。为统一尺度,将换热器换热功率固定为100 W/m,换热时间设定为120 d,分别模拟不同内管直径的出口端、入口端温度变化,模拟结果如图2所示。

模拟结果表明,出口端、入口端的水温均随着内管直径的增加而减小,所以适当减小内管直径有利于换热。由于外管直径不变,内管直径增加,环空体积减小,从而环空流速增加,减弱了循环水与岩石(土)介质的换热过程,在一定程度上降低了出水温度,同时,内管直径太大,会增加流体在环空和中心管内的沿程阻力损失,模型中并未涉及。但就模拟结果而言,内管内径对换热管性能的影响并不明显,不同管径下出口端水温的变化幅度仅0.17 ℃。对于该模型,最佳的中心管内径为45 mm,对应壁厚7.8 mm。

2.2 循环流量对换热性能的影响

在确定了内、外管的尺寸后,换热工质的循环流量对同轴套管换热器的换热性能也有一定的影响。研究表明,循环水流量超过30 m³/h,循环水泵耗功率就会随流量的增加呈现指数型增长,推荐深井地埋管换热系统的循环水流量最大不应超过30 m³/h^[18]。对地温条件好的井,井底温度高、出口温度也高的情况下,可以使用较小的流量来获取较高的出水温度,如德国的Penzlau地热井,井深2 786 m,井底温度108 ℃,进水温度35 ℃,出水温度70 ℃,循环流量仅设为6.12 m³/h^[19]。

本文将模型的循环流量设置为5~30 m³/h,按照5 m³/h的级差设置6种情景,在延米换热功率均为100 W的情况下分别模拟一个采暖季中不同流速下的出口端、入口端的温度。

出口端的温度变化曲线如图3(a)所示。随着流量的增加,出水温度呈现先升高后降低的趋势,并且在10 m³/h时达到最高点。出水温度先升高的原因在于较小的流量条件下,流体在地下热交换过程中得到了充分的加热,因此出水温度随之增加。然而,当循环水流量增加时,导致热交换的充分程度降低,进而导致出水温度开始下降。因此,继续增加流量反而会使出水温度降低。入口端的温度变化曲线如图3(b)所示。随着流量增加入口端水温持续升高,由于换热功率一定,流量越小,只有通过降低入口温度、增大与地层的温差,从而增大单位质量水在单位时间内的携热量,才能在相同时间内获得足够的热量。在提取热量一定时,较小的流量虽然能得到较高的出口水温,但会导致进出口温差大幅增加,入口水温急剧下降。基于该模型的考虑,为获得较高的出水温度,以及合理的入口温度,推荐循环流量为15 m³/h。

2.3 换热功率对换热性能的影响

废弃油井在停井前长时间用于油气开发,关井期间套管与油层中的原油、地层水长期接触,H₂S、CO_2、以及腐蚀性细菌对套管存在一定的腐蚀,对于这种改造井来说,合理的提取热量也是延长换热器使用周期的一个重要因素。孔彦龙等^[19]推荐深井同轴换热器最佳的延米换热量在120 W左右,本文以该值为基准,模型中设置了50、100、150、200 W 4种换热功率,分别进行模拟,以求最佳的换热功率。

模拟结果(图4)表明,延米换热功率每增加50 W,供暖季季末出口水温降低约17.55 ℃,平均降幅0.35 ℃/W。当每延米换热功率为200 W时,系统在运行约6 d后,出水端温度为8 ℃左右,但入水端温度已经接近0 ℃,会造成热泵系统的强制关闭。而当换热井以50、100 W/m连续运行4个月之后,出水温度分别约为36、20 ℃。20 ℃的水温通过热泵系统抬升后,基本可以满足供暖的需要。而150 W/m工况下运行120 d,出口端水温已经接近0 ℃,这会对地源热泵的供热性能产生影响,甚至损坏,且入口端的水温已低于0 ℃,不符合实际情况,故延米换热功率大于等于150 W的换热工况不推荐使用。延米换热功率为50 W的换热工况虽然出入口端的水温都比较高,但水温下降缓慢,改造井的产能没能得到很好地利用。推荐使用延米换热量为100 W进行长期运行。

2.4 不同换热周期对换热性能的影响

陕北地区年平均气温9.3 ℃,遇到气候异常情况,供暖期略有变化,因此考虑不同供暖周期对换热性能的影响也尤为重要。将模型流量设为15 m³/h,延米换热功率为100 W,分别设置了开4月关8月、开5月关7月、开6月关6月、开7月关5月和开8月关4月5种换热周期情形,模拟取热30 a。

5种情形下的出口端、入口端水温随时间的变化如图5所示。可以看出,其他条件相同时,采热期越长,关井恢复期越短,出口端、入口端温度下降幅度越大。5种情形的第1个供暖季季末,出口端温度分别为19.24、18.36、17.65、17.04、16.52 ℃,在30年间分别下降了4.95、6.10、7.21、8.30和9.36 ℃,采热时间每增加1个月,出口端温度下降幅度增加约1 ℃。

若规定季末出口端温度下降幅度小于0.1 ℃时进入准稳态阶段,则5种情形分别于第15、18、21、24、27 a进入该阶段。只有开4月关8月、开5月关7月两种情形可以使入水端温度在30年间都高于0 ℃。结合陕北实际供暖情况,推荐每年取热时间5个月,关井7个月。

3 结论

收起

鄂尔多斯盆地中深层关停油气井较多,由于储层岩石致密,直接采水取热的可行性较低,可利用原有井身结构,改造成深层同轴套管式换热器。本文以主力油藏为二叠纪延长组井深在2 680 m左右的废弃井为例,可直接利用原有的外径139.7 mm、壁厚为7.72 mm的技术套管,优先选择内径为45 mm、壁厚为7.8 mm的中心油管开展废弃井改造地热井。

在OGS平台中建立了数学模型,通过模拟不同的换热周期、流量和换热功率条件下的出口端和入口端水温变化,得出以下结论。

(1)换热周期对换热性能的影响:采热期越长,关井恢复期越短,出口端和入口端水温下降幅度越大。推荐每年取热时间为5个月,关井时间为7个月。

(2)流量对换热性能的影响:随着流量的增加,出水温度先升高后降低,推荐循环流量为15 m³/h。

(3)换热功率对换热性能的影响:延米换热功率每增加50 W,供暖季季末出口水温降低约17.55 ℃,推荐延米换热功率为100 W。

(4)研究成果证明在鄂尔多斯盆地中深层关停油气井条件下,利用原有井身结构改造成深层同轴套管式换热器的可行性,提出优化的运行参数,为废弃井的高效利用提供了理论依据和实践指导。

基金

收起

国家自然科学基金面上项目(52174029)

参考文献

收起

文献

收起

参考文献引证文献

排序方式：

[1]

秦祥熙, 李少华, 万龙, 等. 不同型式地埋管换热器换热性能的试验研究[J]. 科学技术与工程, 2015, 15(12): 215-218.

[2]

霍超, 林倚天, 李刚, 等. 碳中和背景下中国地热资源勘查技术研究进展[J]. 科学技术与工程, 2023, 23(12): 4917-4927.

[3]

刘润川, 任战利, 叶汉青, 等. 地热资源潜力评价: 以鄂尔多斯盆地部分地级市和重点层位为例[J]. 地质通报, 2021, 40(4): 565-576.

[4]

宋先知, 许富强, 宋国锋. 废弃井地热能开发技术现状与发展建议[J]. 石油钻探技术, 2020, 48(6): 1-7.

[5]

姜国心. 被弃油井注采中深层地热能的改造及取热研究[D]. 济南: 山东建筑大学, 2020.

[6]

杜甜甜, 满意, 姜国心, 等. 套管式中深层地埋管换热器传热建模及取热分析[J]. 可再生能源, 2020, 38(7): 887-892.

[7]

李娟, 刘少敏, 郑佳, 等. 套管式和双U型换热器换热性能对比[J]. 科学技术与工程, 2022, 22(34): 15081-15087.

[8]

刘洪涛, 刘俊, 王沣浩, 等. 设计参数对中深层地埋管换热器长期换热性能的影响研究[J]. 可再生能源, 2021, 39(12): 1594-1601.

[9]

蒋坤卿, 黄思浩, 李华山, 等. 同轴开式地热单井换热器性能分析[J]. 可再生能源, 2022, 40(2): 172-177.

[10]

王路. 中国石油首个长停井地热示范工程项目建成[J]. 天然气与石油, 2022, 40(2): 56.

[11]

孔彦龙, 黄永辉, 郑天元, 等. 地热能可持续开发利用的数值模拟软件OpenGeoSys: 原理与应用[J]. 地学前缘, 2020, 27(1): 170-177.

[12]

SHAO

, HEIN

, SACHSE

, et al. Geoenergy modeling II: shallow geothermal systems[M]. Berlin: Springer International Publishing, 2016.

[13]

BEIER

R A

. Transient heat transfer in a coaxial borehole heat exchanger[J]. Geothermics, 2014, 51: 470-482.

[14]

MORCHIO

, FOSSA

, BEIER

. Study on the best heat transfer rate in thermal response test experiments with coaxial and U-pipe borehole heat exchangers[J]. Applied Thermal Engineering, 2022, 200: 117621.

[15]

中深层地热地埋管供热系统应用技术规程: DBJ61/T166—2020[S]. 北京: 中国建材工业出版社, 2020.

[16]

白奋飞, 魏登峰, 韩伟, 等. 鄂尔多斯盆地延长油气区地热资源赋存特征及开发利用建议[J]. 西北地质, 2023, 56(6): 329-339.

[17]

李奉翠, 韩二帅, 梁磊, 等. 中深层地热井下同轴换热器长期换热性能研究[J]. 煤田地质与勘探, 2021, 49(2): 194-201.

[18]

包图雅, 米兰, 马玖辰, 等. 深井地埋管换热器配置参数模拟计算研究[J]. 热科学与技术, 2022, 21(1): 42-50.

[19]

孔彦龙, 陈超凡, 邵亥冰, 等. 深井换热技术原理及其换热量评估[J]. 地球物理学报, 2017, 60(12): 4741-4752.

2025年第25卷第1期

PDF下载

264

127

引用本文

BibTeX

文章信息

接收时间：2024-06-17
首发时间：2025-07-20
出版时间：2025-01-10

补充材料

相关文章

文章信息

作者

出版历史

收稿日期：2024-06-17

基金

国家自然科学基金面上项目(52174029)

作者信息

¹ 西安石油大学新能源学院, 西安 710065

² 西安石油大学石油工程学院, 西安 710065

³ 油气田智慧能源与碳中和陕西省高校工程研究中心, 西安 710065

⁴ 安东石油技术(集团)有限公司, 北京 100102

通讯作者:

余华贵(1979—),女,湖北黄冈人,博士,副教授,研究方向为地热能开发、碳利用与封存。

参考文献

分享链接

https://castjournals.cast.org.cn/joweb/kjhcy/CN/1153753455362560067

分享至

全文二维码

扫描看全文

引用本文

BibTeX

本文的引用情况

2种不同金属材料的力学参数

科 Family	属数 Number of genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)	属 Genus	种数 Number of species	占总种数比例 Percentage of total species (%)
鹅膏菌科Amanitaceae	2	11	5.26	鹅膏菌属 Amanita	10	4.78
小菇科 Mycenaceae	2	12	5.74	丝盖伞属 Inocybe	5	2.39
多孔菌科 Polyporaceae	8	14	6.70	蜡蘑属 Laccaria	5	2.39
红菇科 Russulaceae	3	23	11.00	小皮伞属 Marasmius	6	2.87
				小菇属 Mycena	11	5.26
				光柄菇属 Pluteus	5	2.39
				红菇属 Russula	17	8.13
				栓菌属 Trametes	5	2.39

关闭全屏

BibTeX
EndNote
RefWorks
TxT