【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于三维地质建模及数值模拟，特别涉及一种基于数值模拟预测单井换热效率的方法。
技术介绍
1、我国北方地区雾霾严重，而冬季供暖会进一步加重雾霾，因此对清洁能源供暖技术需求迫切。地热作为清洁可再生能源，在北方供暖中越来越受到重视。目前市场上新出现了单井地热供暖系统，井深一般大于1000m，采用同轴套管结构，通过内保温管将热量输出，原理与地源热泵类似。单井地热供暖系统全封闭循环，不采地下热水，无腐蚀结垢和回灌等问题，未来发展前景广阔。此外，单井地热供暖系统基本不受地域限制，占地小，若能规模化推广，可为我国北方冬季供暖及雾霾等环境问题的解决做出巨大贡献。
2、目前，国内众多企业开展过单井地热供暖，并在天津、西安和青岛等多地进行了现场实践。在实践过程中遇到了不少问题，其中最突出的问题就是单井采热功率小，功率衰减快等。通过系统梳理，目前制约着中深层井下换热项目的瓶颈问题主要有以下几个方向：单井采热功率认识不清；采热功率随时间衰减规律认识不清，不同岩石温度场随时间变化规律认识不清；地温梯度、岩石导热系数、井深、和运行方式等对采热功率影响认识不清。众多问题目前主要是通过开展现场换热试验来确定最佳的单井换热参数，费用高昂，且地质不确定因素较多，投资风险较大，因此限制了中深层井下换热技术的发展。如何利用有限的基础数据，利用经济有效的方法来开展中深层井下换热功率的预测是我们当前需要解决技术难题。
技术实现思路
1、为了解决现有通过开展现场换热试验来确定最佳单井换热参数过程中存在的费
2、本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于数值模拟预测单井换热效率的方法，包括以下步骤：
3、步骤一：收集研究区基础数据；
4、步骤二：构建三维地热地质模型，划分数值模拟网格单元；
5、步骤三：井下流动换热过程数值模拟；
6、步骤四：单井换热方案优化设计；
7、步骤五：单井采热功率及可持续开发潜力评价。
8、进一步的，步骤一中所述基础数据包括：勘探线剖面图、地层热异常解译图、地球物理数据、钻孔数据、地层岩性编录数据、测温数据、岩层导热数据和完井数据。
9、进一步的，步骤二包括：
10、步骤2.1：依据收集的基础数据，构建研究区的三维地热地质模型，所述三维地热地质模型通过网格化后能够转换成可应用于tough2软件的mesh文件格式；
11、步骤2.2：建立三维地热地质模型的块体模型，将块体模型划分为数值模拟网格单元。
12、进一步的，步骤三包括：
13、步骤3.1：数值模拟参数设置；
14、步骤3.1.1：依据划分好的数值模拟网格单元，设置不同地质体单元的流动传热参数；
15、步骤3.1.2：初始条件设置；
16、步骤3.1.3：边界条件设置；
17、步骤3.2：依据步骤3.1.1～步骤3.1.3建立井下换热数值模拟模型，求解其数值模拟结果，通过模拟结果与研究区实际地质情况及现场换热试验测试数据进行对比分析，验证数值模拟参数设置是否合理，若参数设置不合理，重复步骤3.1.1～步骤3.1.3，重新调整流动传热参数、初始条件和边界条件，直至模拟结果符合实际地质情况，并能够拟合现场换热试验测试数据；
18、步骤3.3：模拟结果导出。
19、进一步的，步骤四包括：
20、步骤4.1：基于数值模拟参数验证后的井下换热数值模拟模型，模拟不同因素对单井换热取热功率的影响，找出要因对取热功率的影响规律；
21、步骤4.2、通过对比产流温度、采热功率，确定适用于现场地热地质条件的最佳采热换热方案。
22、进一步的，步骤五包括：
23、步骤5.1：根据地热开发开采工程需求，确定单井不同的开采年限；
24、步骤5.2：针对不同的开采年限，结合现场地热地质条件，分别优化设计不同的单井换热方案；
25、步骤5.3：定量评价不同开采年限和对应单井换热方案下的采热功率。
26、进一步的，步骤3.1.1中所述流动传热参数包括：密度、孔隙度、渗透率、地层导热系数、比热容。
27、进一步的，所述初始条件设置，为依据现场钻井测井数据，对井下换热数值模拟模型的初始温度场和压力场进行赋值。
28、进一步的，所述边界条件设置，为依据块体模型的尺寸、采热周期因素，给定井下换热数值模拟模型的顶底面边界和侧面边界条件，包括定温定压边界、无流量传热边界。
29、进一步的，步骤3.2中所述验证数值模拟参数设置是否合理的方法为：数值模拟参数预测的产流温度和流量是否与换热试验测试的温度和流量数据保持一致。
30、本专利技术的有益效果包括：本专利技术采用三维地热地质模型建模、井下换热数值模拟模型构建、井下流动换热过程数值模拟及定量预测的方法来开展中深层井下换热方案优化设计和换热效果的预测评价，为中深层地热资源的安全高效开发和潜力评价提供了可靠的技术支持，对保障我国能源安全、推动“双碳”目标实现具有重要意义，在中深层地热资源评价、开发和利用中具有较好的应用前景。
31、本专利技术提出的数值模拟预测方法可以直接使用传统水热耦合模拟软件(如：tough2、opengeosys软件)构建的地热地质模型，可以有效的利用地勘单位已建立的三维模型，避免了数值模拟需要重复建模的巨大工作量，有效的较低了企业成本，提高工作效率。本专利技术针对不同的地热地质条件，提出了一套通用的最佳采热换热方案优化设计思路，为现场换热型地热井的改进和换热方案设计提供科学依据。此外，可定量评价不同开采年限和对应单井换热优化方案下的采热功率，为地表地热利用工程配套方案设计提供数据支撑。
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1.一种基于数值模拟预测单井换热效率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于数值模拟预测单井换热效率的方法，其特征在于，步骤一中所述基础数据包括：勘探线剖面图、地层热异常解译图、地球物理数据、钻孔数据、地层岩性编录数据、测温数据、岩层导热数据和完井数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于数值模拟预测单井换热效率的方法，其特征在于，步骤二包括：
4.根据权利要求3所述的一种基于数值模拟预测单井换热效率的方法，其特征在于，步骤三包括：
5.根据权利要求4所述的一种基于数值模拟预测单井换热效率的方法，其特征在于，步骤四包括：
6.根据权利要求1所述的一种基于数值模拟预测单井换热效率的方法，其特征在于，步骤五包括：
7.根据权利要求4所述的一种基于数值模拟预测单井换热效率的方法，其特征在于，步骤3.1.1中所述流动传热参数包括：密度、孔隙度、渗透率、地层导热系数、比热容。
8.根据权利要求4所述的一种基于数值模拟预测单井换热效率的方法，其特征在于，所述初始条件设置，为依据现场钻
9.根据权利要求4所述的一种基于数值模拟预测单井换热效率的方法，其特征在于，所述边界条件设置，为依据块体模型的尺寸、采热周期因素，给定井下换热数值模拟模型的顶底面边界和侧面边界条件，包括定温定压边界、无流量传热边界。
10.根据权利要求4所述的一种基于数值模拟预测单井换热效率的方法，其特征在于，步骤3.2中所述验证数值模拟参数设置是否合理的方法为：数值模拟参数预测的产流温度和流量是否与换热试验测试的温度和流量数据保持一致。
...【技术特征摘要】
1.一种基于数值模拟预测单井换热效率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于数值模拟预测单井换热效率的方法，其特征在于，步骤一中所述基础数据包括：勘探线剖面图、地层热异常解译图、地球物理数据、钻孔数据、地层岩性编录数据、测温数据、岩层导热数据和完井数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于数值模拟预测单井换热效率的方法，其特征在于，步骤二包括：
4.根据权利要求3所述的一种基于数值模拟预测单井换热效率的方法，其特征在于，步骤三包括：
5.根据权利要求4所述的一种基于数值模拟预测单井换热效率的方法，其特征在于，步骤四包括：
6.根据权利要求1所述的一种基于数值模拟预测单井换热效率的方法，其特征在于，步骤五包括：
7.根据权利要求4所述的一种基于数值模拟...
【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，邵建欣，张洪宝，赵海龙，刘鑫，刘铭，董颖鑫，王雷，熊耀华，马永超，洪波，
申请(专利权)人：辽河石油勘探局有限公司，
类型：发明
国别省市：
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