摘要
随着石油、煤炭等传统化石能源对地球环境的影响越来越大,地热能作为一种绿色能源越来越受到关注,绿色低碳可再生的优点使其在未来开发潜力巨大。开封市地处开封凹陷,地热资源丰富程度及开发程度在河南省均处于前列,地热资源的开发为促进当地经济发展和提高民生均做出了较大贡献。但长期的“只开采而无尾水回灌”式开发致使热储层水位埋深日益增大、地热水抽采量下降等问题。而地热尾水的回灌是解决上述问题的有效途径,保障地热资源的长期利用。因此在研究区进行地热抽水回灌模拟是十分有必要的。本文利用FEFLOW建立研究区地下水流与热运移耦合模型,依据模型对不同采灌情况进行模拟分析,并分别对渗流场和温度场对渗透系数及岩石热导率的参数敏感性进行分析,对第四热储层资源量及可采资源量进行计算,主要得到以下结论:(1)在第四热储层内规划地热井,为避免热突破,回灌温度15℃时,回灌率分别为30%、50%、100%时,建议地热抽灌井间距分别200m、300m、400m为宜。(2)以控制变量法对回灌率及回灌距离的变化对渗流场和温度场的影响的进行模拟分析,结果发现回灌率的增大可有效减小开采井中水位降深,减小降落漏斗面积,但会使开采井的热突破风险升高;井间距越小,回灌井对开采井的补水效果越好,采灌对井之间水力联系也就随之越强,发生热突破的风险越高。(3)渗透系数的变化对采灌区渗流场的影响较大。渗透系数增大50%及减小50%的采暖期末回灌井水位较其不变时减小6.4m和增大10.6m,而抽水井水位分别增大14.3m和降低24.6m,采灌区温度场对渗透系数的变化敏感度较低。渗透系数增大50%时或减少50%时,抽水井温度较渗透系数不变时,变化值小于0.2℃,冷锋前缘距回灌井距离变化值小于15m。渗流场及温度场对岩石热导率的变化敏感度均较低,热导率增大或减小50%采暖期末抽水井及回灌井水位较热导率不变时变化值均小于1m,而抽水井温度较热导率不变时变化值均小于1℃,冷锋前缘距回灌井距离变化值小于15m。(4)研究区第四热储层地热资源总量为1.17×10~(19)J,折合标准煤约3.99×10~8t。基于数值模型模拟的各回灌率的适宜井间距,分别以对井布井方案和平均布井方案对研究区可采资源量进行计算,对井布井方案下,开采量100m3/h,回灌率30%、50%、100%时第四热储层最大可采热量为4.86×10~(15)J/a、2.20×10~(15)J/a、1.23×10~(15)J/a;对井布井方案下,开采量100m3/h,回灌率30%、50%、100%时第四热储层最大可采热量为4.74×10~(16)J/a、2.11×10~(16)J/a、1.18×10~(16)J/a。