摘要
地热资源作为清洁能源,因其储量巨大、分布广泛等优点而被世界各国视为未来能源的发展方向之一。根据其储层条件,可以将地热资源分为干热岩型和水热型。干热岩型地热资源由于其巨大的理论储量和可观的热产出吸引了众多国家政府资本和社会资本投入进行研发,但目前的开发技术尚不成熟。国内大部分地区主要还是以水热型地热资源为主,如云南、四川等地。随着国家对改善空气质量投入力度加大,以煤改气、煤改地热的供暖模式在华北地区雄安、天津等地迅速展开,预示着水热型地热系统在北方供暖领域的春天已然到来。天津作为我国较早开发地热的地区之一,其地热井数量、地热资源利用量、地热供暖面积等指标均处于全国前列。但早期的粗放式开发导致了地下水位下降、储层静水压力降低、回灌困难等问题。针对这些问题,亟需开展对井采灌模式下的砂岩储层水-热传导规律及地层应力变化规律研究工作,以避免发生过快热突破及地面沉降等问题。本文以天津潘庄凸起构造区砂岩型热储层为研究对象,根据收集到的相关地质、钻井、测井、地质剖面等资料,建立了研究区的三维地质实体模型,并对研究区的地热资源储量进行了评估;结合实际工程中地下水位下降、压力降低等问题,在分析储层水-热-力学耦合过程的基础上,建立了研究区対井采灌模式下的水-热-力学耦合模型,并对影响传热和应力的主要因素进行了敏感性分析,研究结果为天津地区砂岩储层的水热型地热资源的开发利用提供了一定的理论指导。通过本文研究,得出以下几点结论:(1)根据钻孔、地质剖面等信息,利用GMS软件平台建立了地热储层的三维地质实体;对所建地质实体分析,发现其对缺失地层的控制效果较好,可以刻画出断裂处的地层起伏。(2)依据建立的三维地质实体模型,利用体积法对研究区内地热资源量进行了估算,总体来说潘庄凸起构造区热储资源量丰富,约折合118.1×10~8t标煤;蓟县系雾迷山组(Jxw)为研究区的优势储层,热储资源量占比达到了50%左右;明化镇组(Nm)砂岩储层热储资源量折合标煤27×10~8t,是除蓟县系雾迷山组(Jxw)储层外的第二大热储层。(3)通过流量、井间距、开口长度、井孔垂向距离布设等因素分析,对不同方案下的对井采灌进行了模拟研究。在储层各物性参数条件控制不变的情况下,注入井和开采井的上部压力的变化与流量和井间距成正比,流量的增大和小于500m的井间距导致了热突破的较快发生;在开口段长度模型中,随着长度的增加,压力在井内的升高值在下降,说明了随着井段长度的增加其压力消散能力增强,建议不应小于60m。(4)孔隙度和渗透率对储层的导水产热性能影响较大,且其在储层中具有较强的非均质性,显示出较大的不确定性;井距和流量都会对注入井和开采井附近的应力场产生影响,随着流量的升高,注入井和开采井上覆岩体的应力会加大,总位移也会加大,50年时最大位移可达到8cm,因此在综合考虑热突破的影响下,建议井距应控制在600m以上。