一种确定地热储层中二氧化碳含量的方法技术

本发明专利技术属于地热能开采技术领域，具体涉及一种确定地热储层中二氧化碳含量的方法。所述方法包括步骤：静止状态和放喷状态下获取井筒剖面温度

【技术实现步骤摘要】
一种确定地热储层中二氧化碳含量的方法


[0001]本专利技术属于中高温地热能开采
，进一步涉及中高温地热储层参数评价和井筒防垢除垢领域，具体涉及一种确定地热储层中二氧化碳含量的方法。

技术介绍

[0002]地热资源是一种低碳环保、可稳定运行、空间分布广泛的清洁可再生能源，与风能、太阳能等资源相比，季节、气候、昼夜等外部因素的干扰影响微乎其微，其发电利用效率高达73％，约为风能的3.5倍、太阳能的5.2倍，因此，地热资源是一种潜力巨大的新能源。在当前时代背景下，地热资源的有效开发和利用可为积极应对气候变化、控制环境污染、实现能源结构改革做出重要贡献。埋藏于地下、具有有效孔隙和渗透性、内部储层地热流体可供开发利用的地层或岩体，被称为热储。大部分中高温地热储层(储层温度大于100℃)中均含有CO2，且CO2是地热储层中非凝析气的主要成分，故CO2的存在对地热开发有重要影响。CO2对地热开发的影响主要包括以下几个方面：(1)改变地热流体的属性，使流体闪蒸条件发生明显改变，从而影响发电效率；(2)可能会带来生产井井筒碳酸钙结垢问题，堵塞井筒，影响产能；(3)腐蚀地热井筒、管道和发电设备，影响使用寿命；(4)为了解决以上问题而采取的辅助手段导致地热电站建设成本的增加。
[0003]而在评价CO2对地热开发的影响前，首先需要确定地热储层流体中CO2的含量。目前确定CO2含量一般采用取样分析法，取样分析法又分为井口取样和井下保真取样两种方式。井口取样是指在通过地热井口主阀后采用汽水分离器或与之类似装置把地热流体导出，待地热流体冷凝后对气体和液体的体积和组分特征进行分析，从而可以确定CO2的含量。但由于水气在管道中分布不均匀，同时，地热流体在井筒中可能发生了多种物理化学过程，井口取样结果不能准确反映地热流体在储层中的情况。井下保真取样是采用把可以密闭的容器下放到井底进行取样，取样完成后关闭阀门进行密封然后上提出来，冷凝后进行分析。井下保真取样法在实施过程中涉及井下取样器的下放和上提，操作繁琐且容易引发相关事故。此外，井口取样和井下保真取样两种方法均存在取样代表性不足的缺陷。

技术实现思路

[0004]本专利技术是为了克服现有技术中的中高温地热储层中CO2含量测定误差大、取样操作繁琐、取样代表性不足的缺陷，提供了一种确定地热储层中二氧化碳含量的方法。
[0005]为实现上述专利技术目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种确定地热储层中二氧化碳含量的方法，包括以下步骤：(S.1)分别在静止状态下以及地热流体放喷状态下测试得到井筒剖面的温度
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压力实测结果；(S.2)建立包括闪蒸过程的中高温地热井筒二氧化碳
‑
水体系两相相变流动模型；(S.3)根据给定二氧化碳含量试错分析范围，选取若干二氧化碳含量参数点并分
别通过步骤(S.2)中所述的中高温地热井筒二氧化碳
‑
水体系两相相变流动模型计算得到各二氧化碳含量参数点对应的井筒剖面的温度
‑
压力预测结果；(S.4)将步骤(S.1)中得到的井筒剖面的温度
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压力实测结果与步骤(S.3)中得到的各二氧化碳含量参数点对应的井筒剖面的温度
‑
压力预测结果进行对比分析并计算，从而获得平均相对误差
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二氧化碳含量参数点的变化曲线，所得平均相对误差
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二氧化碳含量参数点的变化曲线中误差最小的点即为二氧化碳含量值。
[0006]中高温地热生产井井筒中的流体主要成分为H2O和CO2，在井筒流动过程中会发生相变。本专利技术分别在静止状态下以及地热流体放喷状态下测试得到井筒剖面的温度
‑
压力实测结果，无需井口或井底取样，实施过程简单，操作方便。本专利技术根据质量守恒、能量守恒和动量守恒原理，建立了二氧化碳
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水(CO2‑
H2O)体系一维垂直井筒相变流动控制方程，从而进一步建立了包括闪蒸过程的中高温地热井筒CO2‑
H2O体系两相相变流动模型。其包括闪蒸过程的中高温地热井筒CO2‑
H2O体系两相相变流动模型，可应用于温度超过100℃、二氧化碳分压不超过100bar的体系中，使用范围广泛且测量误差较小。本专利技术根据给定二氧化碳含量分析范围，选取若干二氧化碳含量参数点并分别通过中高温地热井筒CO2‑
H2O体系两相相变流动模型计算得到各二氧化碳含量参数点对应的井筒剖面的温度
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压力预测结果，从而克服了现有的取样分析方法中取样代表性不足的缺陷，进一步促使测量结果更准确。最终将得到的井筒剖面的温度
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压力实测结果与得到的各二氧化碳含量参数点对应的井筒剖面的温度
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压力预测结果进行对比分析并计算，从而获得平均相对误差
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二氧化碳含量参数点的变化曲线，所得平均相对误差
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二氧化碳含量变化曲线中误差最小的点即为二氧化碳含量值。经反演试错分析确定二氧化碳含量后，可进一步利用中高温地热井筒CO2‑
H2O体系两相相变流动模型预测井筒内干度和闪蒸深度，为地热井的产能预测和结垢防垢评价提供重要依据。
[0007]作为优选，所述在静止状态下测试得到井筒剖面的温度
‑
压力实测结果的具体步骤如下：对测试仪器进行校正；分别由井口至井底方向以及由井底至井口方向等间距进行井筒剖面的温度以及压力测试，得到静止状态下井筒剖面的温度
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压力实测结果。
[0008]作为进一步优选，所述在静止状态下测试得到井筒剖面的温度
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压力实测结果的具体步骤如下：对温度和压力传感器进行校正验证，使得温度和压力传感器适用于高温高压条件(即适用于温度可超过100℃、二氧化碳分压不超过100bar的体系)；分别由井口至井底方向以及由井底至井口方向等间距进行井筒剖面的温度以及压力测试，测试间距为0.5～1.5m，由井口至井底方向以及由井底至井口方向的测试误差为0～5％，得到静止状态下井筒剖面的温度
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压力实测结果。
[0009]通过上述设置，测试得到静止状态下井筒剖面的温度、压力的实测结果，便于充分了解原始地热储层流体的温度以及压力情况，继而能够根据井筒剖面的温度、压力的实测结果进一步分析流体组分和属性等。
[0010]作为优选，所述在地热流体放喷状态下测试得到井筒剖面的温度
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压力实测结果的具体步骤如下：
对测试仪器进行校正；控制地热流体在不同流量放喷状态下分别由井口至井底方向以及由井底至井口方向等间距进行井筒剖面的温度以及压力测试，得到不同流量的地热流体放喷状态下井筒剖面的温度
‑
压力实测结果。
[0011]作为进一步优选，所述在地热流体放喷状态下测试得到井筒剖面的温度
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压力实测结果的具体步骤如下：对温度和压力传感器进行校正验证，使得温度和压力传感器适用于高温高压条件(即适用于温度可超过100℃、二氧本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种确定地热储层中二氧化碳含量的方法，其特征在于，包括以下步骤：(S.1)分别在静止状态下以及地热流体放喷状态下测试得到井筒剖面的温度
‑
压力实测结果；(S.2)建立包括闪蒸过程的中高温地热井筒二氧化碳
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水体系两相相变流动模型；(S.3)根据给定二氧化碳含量试错分析范围，选取若干二氧化碳含量参数点并分别通过步骤(S.2)中所述的中高温地热井筒二氧化碳
‑
水体系两相相变流动模型计算得到各二氧化碳含量参数点对应的井筒剖面的温度
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压力预测结果；(S.4)将步骤(S.1)中得到的井筒剖面的温度
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压力实测结果与步骤(S.3)中得到的各二氧化碳含量参数点对应的井筒剖面的温度
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压力预测结果进行对比分析并计算，从而获得平均相对误差
‑
二氧化碳含量参数点的变化曲线，所得平均相对误差
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二氧化碳含量参数点的变化曲线中误差最小的点即为二氧化碳含量值。2.根据权利要求1所述的一种确定地热储层中二氧化碳含量的方法，其特征在于，所述在静止状态下测试得到井筒剖面的温度
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压力实测结果的具体步骤如下：对测试仪器进行校正；分别由井口至井底方向以及由井底至井口方向等间距进行井筒剖面的温度以及压力测试，得到静止状态下井筒剖面的温度
‑
压力实测结果。3.根据权利要求1所述的一种确定地热储层中二氧化碳含量的方法，其特征在于，所述在地热流体放喷状态下测试得到井筒剖面的温度
‑
压力实测结果的具体步骤如下：对测试仪器进行校正；控制地热流体在不同流量放喷状态下分别由井口至井底方向以及由井底至井口方向等间距进行井筒剖面的温度以及压力测试，得到不同流量的地热流体放喷状态下井筒剖面的温度
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压力实测结果。4.根据权利要求1所述的一种确定地热储层中二氧化碳含量的方法，其特征在于，所述步骤(S.2)中高温地热井筒二氧化碳
‑
水体系两相相变流动模型建立的一维垂直井筒相变流动控制方程包括：井底的边界条件为：总的质量流速CO2质量分数为γ，压力为P
d
，温度为T
d
；式(1)～(3)中：ρ
l
和ρ
g
分别为液相和气相密度，单位kg/m3；u
l
和u
g
分别为液相和气相速度，单位m/s；α为气相体积分数；为总的质量速度，单位kg/s；和分别为液相和气相质量速度，单位kg/s；和分别为液相和气相中CO2的质量分数；P为总压力，P为总压力，和分别为H2O和CO2的分压，单位Pa；
z为井筒高程，单位为m；ρ
m
为混合密度，ρ
m
＝(1
‑
α)ρ
l
+αρ
g
，单位kg/m3；g为重力加速度，g＝9.8m2/s；A为面积，A＝πd2/4，单位m2；f为井壁摩擦系数，当雷诺数时，否则ε为井壁粗糙度，单位m；d为井筒直径，单位m；u
m
为混合物的平均速度，单位m/s；μ
m
为混合物粘度，μ
m
＝(1
‑
x)μ
l
+xμ
g
，单位Pa
·
s；μ
l
和μ
g
分别为液相和气相的粘度；h
m
为混合物的热焓，单位J/kg，h
m
＝(1
‑
x)h
l
+xh
g
；x为气相质量分数；h
l
和h
g
分别为液相和气相热焓，单位J/kg；q为井筒与围岩单位长度的热交换量，单位J/(s<...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙国强，王宗满，谢迎春，刘军，王军，杜旭，蒋执俊，张鹂，
申请(专利权)人：中核坤华能源发展有限公司，
类型：发明
国别省市：