[发明专利]一种地热井热损失的计算方法

说明书

技术领域

本发明属于地热资源领域，具体涉及一种地热井热损失的计算方法。

背景技术

地热井是指利用井深超过3000m的地热能来进行发电的装置，地热资源有着广泛的用途，通常就地转换为电能或直接使用。目前我国主要把地热资源用于发电、工业烘干、制冷、供暖、温室等领域。由于地热资源具有清洁、可再生等特点，地热资源的利用近年来得到了极大的发展。但在地热采集过程中，地热井不可避免地存在热量损耗的问题；在从井口到注入层的这段距离中，井筒中蒸汽的热量会不断地向附近地层中散失；由于热量散失导致注入地层的蒸汽与井口的蒸汽在物理性质上存在了差异，导致注入地层的蒸汽的温度、压力干度都产生了变化，严重地影响了地热资源的利用。因此，对井筒热损失的分析和计算有着重要的意义，也有着极大的工程应用价值。

随着对科学技术的发展，对井筒的设计分析有了很大的提高，而对井筒温度场的计算方法也越来越精确。从Ramey发表第一篇井筒传热的文章以来，国内外已经建立了许多井筒热传递的数学模型并取得了一定的成果。井筒中的温度分布主要受井筒向四周地层散热的速度控制，同时也是注入时间和深度的函数。许多学者都对井筒和地层间的热散失的各种因素进行过研究。

1987年S.Griston等对求解同心管井井筒内的压降和热损失建立了数值模型，通过应用质量守恒、动量守恒来计算压降，建立了井筒与大地的热传导方程来计算井筒内的干度分布。其后，Kirkpatrick给出了一个流体温度梯度图表，Kirkpatrick的方法的在计算时存在注蒸汽过程中套管热应力的衰退，使得人们意识到精确估算流动流体温度的重要性。1994年Hasan研究了一种计算稳态两相流井筒温度的方法，这一方法包含热扩散方程、井筒‐地层间的热传递的热传导和对流效应，通过敏感性分析进一步得出在求取井筒和地层温度时存在重大的差异，流体温度是非线性分布的。

以上所提到的模型都忽略了动能和摩擦力的效应，并只适合于单相流体。Lzgec结合半解析的温度模型对瞬态流井筒进行了模拟，计算了开井和关井时井筒中流体温度的分布，把解析模型和瞬态井筒模型相结合以快速计算压力温度和速度。这种方法改进了计算井筒流体温度的分布，提高了井底和井口的压力计算精度，通过计算每个时间步的速度分布及速度分布对井筒内温度和密度分布的作用，精确地模拟了地面关井后的续流。并在每个时间步更新周围地层的温度来说明地层和井筒间热传递速度的变化。

针对上述的所分析的热损失问题，采用隔热材料可有效地减小地热井热损失，提高地热资源的利用率。但上述方法都是通过数学计算来进行地热井筒的温度分析和热损失分析，而且没有给出未添加隔热涂层和添加隔热涂层后的分析计算方法，并对比两者的计算结果。因此，针对这一问题，本文建立了符合实际情况的垂直井筒温度场数学模型，本文分析了地热井筒的热传导和热损失机理，研究了一种地热井筒热损失的计算方法，设计了一种增加隔热涂层来减少热损失的方法，并开发了井筒数字仿真软件；通过这一仿真分析软件，可方便、快速地对比分析添加光油管和加隔热涂层后的热损失情况，从而提高计算效率。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提出一种地热井热损失的计算方法。

本发明的技术方案为：一种地热井热损失的计算方法，包括以下步骤：

S1：将井筒划分为三段结构，第一段结构包括三层水泥环，第二段结构包括两层水泥环，第三段结构包括一层水泥环；

所述第一段结构包括三层水泥环具体为：第一层水泥环，第二层水泥环以及第三层水泥环；所述第二段结构包括两层水泥环具体为：第一层水泥环和第二层水泥环；所述第三段结构包括一层水泥环具体为：第一层水泥环；

S2：对第一段结构的三层水泥环运用热阻公式求得各自的热阻，将得到的三层水泥环的热阻相加得到第一段结构的热阻，根据第一段结构的热阻和第一段结构井筒内、外的温度计算得到第一段结构的热流量，根据第一段结构的热流量和第一段结构的长度得到第一段结构的热损失功率；

S3：将第二段结构等分为若干个部分，对每个部分的两层水泥环运用热阻公式求得各自的热阻，对得到的两层水泥环的热阻进行求和运算得到每个部分的热阻，将若干个部分的热阻相加得到第二段结构的热阻，根据第二段结构的热阻和第二段结构每个部分井筒内、外的温度计算得到第二段结构每个部分的热流量，根据第二段结构每个部分的热流量和每个部分的长度计算得到第二段结构每个部分的热损失功率，将第二段结构若干个部分的热损失功率相加得到第二段结构的热损失功率；