[發明專利]中高溫地熱單井換熱量測定的試驗方法和試驗測試系統

有效

• 申請號: 201410328138.4
• 申請日: 2014-07-10
• 公開（公告）號: CN104132962B
• 公開（公告）日: 2017-03-08
• 發明（設計）人: 姜再新;畢文明
• 申請（專利權）人: 姜再新
• 主分類號: G01N25/20
• 分類號: G01N25/20
• 代理公司: 北京遠創理想知識產權代理事務所(普通合伙)11513
• 代理人: 衛安樂

技術領域

本發明屬于地熱井試驗技術領域，具體涉及中高溫地熱單井換熱量測定的試驗方法和試驗測試系統。

背景技術

地熱是地球自身所具備的能源資源。中高溫地熱資源可用于制備能源(如發電、供暖等)，對滿足人類能源需求而言具有巨大的潛力。在保護生態環境的前提下，中高溫地熱資源的勘查開發，對實現非化石能源目標、推進能源生產和消費革命、緩解我國能源資源供給壓力、促進生態文明建設等方面具有重要的現實意義和長遠的戰略意義。利用地熱資源制備能源，是地熱資源開發利用的終極目標。中高溫地熱資源具有如下三項重要的基本特征：①中高溫地熱資源是地球本身固有的特征物質屬性，具有限供給性；②各類地質體均有可能是賦存中高溫地熱資源的載體介質；③中高溫地熱資源存在的形式具有多樣性，以當前人類科技能力可以涉足開發利用的，既有地熱流體與熱能共同伴隨者，也有僅純粹熱表現而無地熱流體的形式(如干熱巖)。

基于以上目標和特征，本發明人提出如下地熱能工程(Engineering?of?Geothermal?Power，簡稱EGP)概念：地熱能工程，是指針對中高溫地熱資源，以最小的環境影響代價(此影響的量化評價在安全、可持續等方面能夠被接受)為先決條件，以實現有持續供給意義的熱能萃取為目標，人工開采或制備熱能的技術方法和工藝的集合。有持續供給意義是指以相對長的時間來考察，地熱能的供給相對穩定，即在滿足經濟評價的基礎上，對所開發的地熱地質單元而言，若持續提取一定規模的熱能，地質體的溫度在一定范圍內可以保持穩定。

本發明人認為，中高溫地熱井所揭露的熱儲賦存地熱流體時，以地熱井與熱儲為研究對象，地熱流體作為熱能載體介質從熱儲進入地熱井并被直接開采，熱力過程是通過地熱流體的質量傳遞發生能量的傳遞；地熱井所揭露的熱儲，無論賦存任何流體與否，構建由地熱井和井內換熱器(組件)組成的換熱系統，以換熱系統與熱儲為研究對象，熱力過程是通過換熱器內工質的運動來完成換熱系統與熱儲間的熱交換，能量傳遞是換熱過程。上述兩種情形，被萃取熱能的地質體發生溫度變化，是地熱資源的有限供給使然，故地熱單井的產量試驗或換熱量試驗均應著眼于熱力均衡問題。

由中高溫地熱井和井內換熱組件構成的地熱單井換熱系統，針對其換熱量的量化評價，目前尚未見有成熟的評價方法和試驗成果。

發明內容

本發明的一個目的是提供中高溫地熱單井換熱量測定的試驗方法，采用該方法可科學的量化評價由地熱井和井內換熱組件構成的中高溫地熱單井換熱系統可獲得的換熱量邊界，為利用中高溫地熱單井換熱系統建設地熱能工程提供重要技術依據。

本發明的另一個目的是提供用于開展中高溫地熱單井換熱量測定試驗的試驗測試系統，該系統結構設計科學合理，易于控制。

為達到以上目的，本發明采用的技術方案是：中高溫地熱單井換熱量測定的試驗方法，主要包括以下步驟：

第一步，根據地熱井特征，構建包括地熱井和安裝在地熱井中的換熱組件在內的中高溫地熱單井換熱系統，以該換熱系統與熱儲間可實現的換熱量作為測試目標，設定開展換熱量測定的試驗方案；

第二步，按試驗方案開展多組次測試，采集換熱系統進、出口和地熱井內兩個系列的測試數據；所述測試數據包括在設定的各組次進口流量下試驗開展全過程對應的井內、外的溫度、壓力數據；

第三步，根據第二步得到的各組次測試數據，分析評價井內熱儲熱力均衡條件下的換熱量與熱儲段的平均溫差的關系，計算求得熱儲熱力均衡條件下的換熱量邊界值Q₀。

進一步，第一步中設定試驗方案的具體內容包括：

(a)根據地熱井特征、熱儲溫度范圍和換熱組件型式特征，確定試驗方案的實現形式為多組次定流量的換熱量測定試驗；

(b)根據地熱井特征、熱儲溫度范圍和換熱組件型式特征，設定換熱組件和用于測溫、測壓的測試儀器在地熱井內的安裝方式和位置，并設定測試組次及按組次開展測試的方向順序。

再進一步，第二步的具體實現方法如下：

(a)按照方案建立換熱系統，安裝用于測溫、測壓、測流量的測試儀器；

(b)測定熱儲段的原始溫度T₀；

(c)對每一組次試驗測試，調節換熱系統進口流量，換熱量測定的試驗的穩定延續時間保持相對時長，記錄換熱系統進、出口和地熱井內兩個系列的測試數據。