[发明专利]中高温地热单井换热量测定的试验方法和试验测试系统

说明书

技术领域

本发明属于地热井试验技术领域，具体涉及中高温地热单井换热量测定的试验方法和试验测试系统。

背景技术

地热是地球自身所具备的能源资源。中高温地热资源可用于制备能源(如发电、供暖等)，对满足人类能源需求而言具有巨大的潜力。在保护生态环境的前提下，中高温地热资源的勘查开发，对实现非化石能源目标、推进能源生产和消费革命、缓解我国能源资源供给压力、促进生态文明建设等方面具有重要的现实意义和长远的战略意义。利用地热资源制备能源，是地热资源开发利用的终极目标。中高温地热资源具有如下三项重要的基本特征：①中高温地热资源是地球本身固有的特征物质属性，具有限供给性；②各类地质体均有可能是赋存中高温地热资源的载体介质；③中高温地热资源存在的形式具有多样性，以当前人类科技能力可以涉足开发利用的，既有地热流体与热能共同伴随者，也有仅纯粹热表现而无地热流体的形式(如干热岩)。

基于以上目标和特征，本发明人提出如下地热能工程(Engineering of Geothermal Power，简称EGP)概念：地热能工程，是指针对中高温地热资源，以最小的环境影响代价(此影响的量化评价在安全、可持续等方面能够被接受)为先决条件，以实现有持续供给意义的热能萃取为目标，人工开采或制备热能的技术方法和工艺的集合。有持续供给意义是指以相对长的时间来考察，地热能的供给相对稳定，即在满足经济评价的基础上，对所开发的地热地质单元而言，若持续提取一定规模的热能，地质体的温度在一定范围内可以保持稳定。

本发明人认为，中高温地热井所揭露的热储赋存地热流体时，以地热井与热储为研究对象，地热流体作为热能载体介质从热储进入地热井并被直接开采，热力过程是通过地热流体的质量传递发生能量的传递；地热井所揭露的热储，无论赋存任何流体与否，构建由地热井和井内换热器(组件)组成的换热系统，以换热系统与热储为研究对象，热力过程是通过换热器内工质的运动来完成换热系统与热储间的热交换，能量传递是换热过程。上述两种情形，被萃取热能的地质体发生温度变化，是地热资源的有限供给使然，故地热单井的产量试验或换热量试验均应着眼于热力均衡问题。

由中高温地热井和井内换热组件构成的地热单井换热系统，针对其换热量的量化评价，目前尚未见有成熟的评价方法和试验成果。

发明内容

本发明的一个目的是提供中高温地热单井换热量测定的试验方法，采用该方法可科学的量化评价由地热井和井内换热组件构成的中高温地热单井换热系统可获得的换热量边界，为利用中高温地热单井换热系统建设地热能工程提供重要技术依据。

本发明的另一个目的是提供用于开展中高温地热单井换热量测定试验的试验测试系统，该系统结构设计科学合理，易于控制。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案是：中高温地热单井换热量测定的试验方法，主要包括以下步骤：

第一步，根据地热井特征，构建包括地热井和安装在地热井中的换热组件在内的中高温地热单井换热系统，以该换热系统与热储间可实现的换热量作为测试目标，设定开展换热量测定的试验方案；

第二步，按试验方案开展多组次测试，采集换热系统进、出口和地热井内两个系列的测试数据；所述测试数据包括在设定的各组次进口流量下试验开展全过程对应的井内、外的温度、压力数据；

第三步，根据第二步得到的各组次测试数据，分析评价井内热储热力均衡条件下的换热量与热储段的平均温差的关系，计算求得热储热力均衡条件下的换热量边界值Q₀。

进一步，第一步中设定试验方案的具体内容包括：

(a)根据地热井特征、热储温度范围和换热组件型式特征，确定试验方案的实现形式为多组次定流量的换热量测定试验；

(b)根据地热井特征、热储温度范围和换热组件型式特征，设定换热组件和用于测温、测压的测试仪器在地热井内的安装方式和位置，并设定测试组次及按组次开展测试的方向顺序。

再进一步，第二步的具体实现方法如下：

(a)按照方案建立换热系统，安装用于测温、测压、测流量的测试仪器；

(b)测定热储段的原始温度T₀；

(c)对每一组次试验测试，调节换热系统进口流量，换热量测定的试验的稳定延续时间保持相对时长，记录换热系统进、出口和地热井内两个系列的测试数据。