地球科学｜李嘉龙，康凤新等：砂岩热储温度场对回灌参数的响应机理与规律

学术科学 2024-11-02 12:00 湖北

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研究地热尾水回灌引起的热储层内温度场演化对地热资源的可持续利用具有重要意义.本文通过大型砂槽仿真试验模型的渗透试验、示踪试验和回灌试验结合数值模拟方法，研究了回灌参数与开采井热突破时间的定量关系，并通过非线性拟合和参数敏感性分析讨论了流体粘度与密度对高温流体向低温流体回灌结果的影响，以及回灌参数对开采井热突破时间的影响程度和内在机理与规律.结果显示回灌水在不同渗透率的砂岩层内运移速率不同，开采井热突破时间t分别与Q‒0.85、ΔT‒0.21和R1.4呈线性关系.相关方程和分析结果表明，采灌温差ΔT在大于30 ℃时，其变化对开采井热突破时间t的影响已变得微弱，这是由于ΔT通过影响18.5 ℃等温线在温度过渡区内的相对位置来对开采井热突破时间t产生作用，而试验中采取的高温流体向低温流体回灌产生的误差可以引入粘度修正系数αμ修正.

本文通过大型砂槽仿真模型试验和数值模拟，研究了回灌引起的热储层内部温度场的演化规律，对回灌温度、回灌量和采灌井间距3个回灌参数与开采井热突破时间的关系进行了定量研究，并讨论了回灌参数对开采井热突破时间的影响程度及其内在机理与规律，得到结论如下：

（1）在回灌井中注入的高温流体逐渐向四周扩散，引起回灌井周边的温度场升高.在热水锋面到达开采井抽水形成的降落漏斗范围后，高温流体向开采井的运移速度加快，热水锋面向开采井延伸.由于仿真模型不同砂岩层渗透率的差异，内部温度场的演化情况有所不同，上部中砂岩层高温流体运移速度明显小于下部粗砂岩层.

（2）回灌的高温地热水到达开采井后开采水温迅速升高，而后升温速度逐渐放缓并逐渐趋近于回灌水温度.开采井热突破时间t随回灌流量Q和采灌温差ΔT的增大而缩短，随采灌井间距R的增大而延长.

（3）采灌温差ΔT在绝对值较小时，其变化对于开采井的热突破时间t影响显著；当其升至30 ℃以上时，其变化对开采井热突破时间t的影响微弱，指示可以通过降低回灌温度的方式提高热储的采收率.与采灌温差ΔT相比，回灌量Q和采灌井间距R的变化对于开采井热突破时间t的影响程度始终较大，指示为防止过早出现热突破，应严格控制回灌量和采灌井间距.开采井热突破时间t分别与Q-0.85、ΔT-0.21和R1.4呈线性关系.

（4）通过高温流体向低温流体流动来反向模拟低温流体向高温流体流动的过程会产生一定的误差，这个误差主要来源于流体的粘度随温度变化，可以引入粘度修正系数αμ来修正这一误差，粘度修正系数αμ与砂槽水初始温度对应的动力粘度和回灌水的动力粘度差Δμ呈对数关系.

（5）回灌量Q和采灌井间距R决定了温度过渡区到达开采井的时间，采灌温差ΔT决定了温度过渡区的宽度和过渡区内温度梯度大小，ΔT对开采井热突破时间t的影响是在回灌量Q和采灌井间距R的影响基础上作用的.当18.5 ℃等温线到达开采井壁时开采井发生热突破，随着采灌温差ΔT的增加，18.5 ℃等温线逐渐向温度过渡区的前缘逼近，到达开采井井壁的时间因此逐渐提前，但随着ΔT绝对值的增大，ΔT的增加引起的提前时间逐渐缩短.

图1 砂槽仿真模型结构示意

图2 回灌温度30 ℃时砂槽内部温度云图

图3 回灌温度50 ℃时砂槽内部温度云图

文章刊登在《地球科学》第49卷第9期

李嘉龙, 康凤新, 白通, 张平平, 李振函, 赵强, 2024. 砂岩热储温度场对回灌参数的响应机理与规律. 地球科学, 49(9): 3318-3333. doi: 10.3799/dqkx.2023.099

Li Jialong, Kang Fengxin, Bai Tong, Zhang Pingping, Li Zhenhan, Zhao Qiang, 2024. Response Process and Mechanism of Sandstone Geothermal Reservoir Temperature to Reinjection Parameters. Earth Science, 49(9): 3318-3333. doi: 10.3799/dqkx.2023.099

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