[发明专利]中高温地热单井产量测定的试验方法和试验观测系统

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产量测定的试验方法和试验观测系统。

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。

对于中高温地热单井的产量试验，需要说明的是：目前普遍只进行一次最大放喷试验，通过观测地表放喷装置端口地热流体的温度、压力和流量的稳定数据，采用James端压法经热力计算判定单井产量。在《地热资源地质勘查规范》(GB/T 11615—2010)第7.6.4.1款中对单井放喷试验的要求为:“可先用端压法测算单井的热潜力。准确测定则必须在井口进行汽、水分离，分别测定不同压力下的汽、水流量和温度，并测定分离蒸汽中的不凝结气体含量，确定单井的热焓和热流体产量,绘制井口压力、产量与温度、流量和时间的关系曲线。试验延续时间不少于360h”。但迄今尚未见有满足上述规范内容要求的试验案例，目前单井产量的定量评价仍然存在不确定因素，这有可能是生产应用中部分单井产量发生衰减的原因之一。

发明内容

本项发明的一个目的是提供一种中高温地热单井产量测定的试验方法，采用该方法可定量评价地热单井在井内热储热力均衡条件下可以获得的地热产量供给边界，确定单井合理的开采量，为开展地热能工程提供科学的依据。

本发明的另一个目的是提供一套用于开展中高温地热单井产量试验的试验观测系统，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：中高温地热单井产量测定的试验方法，主要包括以下步骤：

第一步，根据地热井特征，设定用于定量评价中高温地热单井产量的试验方案；

第二步，按试验方案开展多阶次试验和观测，获取观测数据，所述观测数据包括试验开展全过程对应的井内、外的温度、压力数据；

第三步，根据第二步得到的观测数据，分析各阶次试验中井内热储热力均衡条件下产量与热储段平均温差的关系，计算求得单井井内热储热力均衡条件下的产量边界值E₀。

进一步，第一步的具体方法包括：

(a)根据地热井特征，确定试验方案的实现形式为多阶次定流量放喷试验；

(b)根据地热井特征，确定井内、外用于测温、测压的观测仪器的安装方案；

(c)根据地热井特征所反映的流量规模、温度、压力的范围，划分多阶次放喷试验的流量阶次以及按阶次开展放喷试验的方向顺序；

(d)根据地热井特征，确定试验的观测内容，所述观测内容包括地表放喷端口流体(汽态和液态)的流量、温度和压力以及井内热储段的温度和压力。