摘要
随着现在社会发展,能源短缺及环境污染成为我们面临的主要问题,特别是我国供暖问题,对于可再生能源的开发利用已迫在眉睫。地热能是一种相对可靠的可再生能源,越来越受到人们的重视,由于中深层地热能资源丰富而深厚,具有分布广、储存量大、可靠稳定、环保清洁等特点,开发潜力巨大,因此被利用的越来越多,但深井钻孔埋管换热器也存在打井难度大,造价高等问题。在油田的开发后期,许多石油储层耗尽,油井被废弃。实际上,在全球范围内已经生产了大约20.3亿个废弃井,如封堵不当可能导致安全隐患或泄漏而破坏环境。通常弃井所在含油气盆地中的地热资源较丰富,地温梯度和大地热流值较高。如能将弃井改造为弃井换热器,将井内通入循环水与岩土层通过套管方式实现中深层地热能的采集,其循环液不与岩石直接接触,可以解决再注入,腐蚀和结垢的问题,同时可以很好的缓解目前能源短缺及中深层热泵打井造价高的问题,改善环境,促进经济发展。文章充分利用现有弃井资源,对弃井进行了改造及取热运行等模拟研究。文章对中深层同轴换热器进行了概述,详细的介绍了弃用油井的成井过程及典型弃井的现有结构及其结构优化改造。介绍了数值计算方法的选用,提出了有限差分法求解计算的方法,对中深层同轴地埋管换热器的传热分析的数学模型,区域的离散化和及差分方程的建立与求解进行了说明。介绍了计算软件“地热之星Ⅱ”及它的使用方法以及名义取热量的计算。最后进行了弃井改造后换热器的性能参数分析,其中:换热器的名义取热量随着当地大气年平均温度、大地热流、流量、外管的导热系数及回填材料的导热系数的增大而增大;随着中心管的导热系数和管径的增大而减小;随着钻孔隔热段深度的加大和隔热段导热系数的减小而减小。隔热段的存在对换热器的名义取热量产生了负面影响,对弃用油井的改造,将环空部分进行回填是非常有必要的。分别介绍了三开弃井和四开弃井改造换热器的取热运行模拟计算,包括弃井的计算参数设置、内管选择以及改造换热器的取热运行模拟,其中,包括了在单取热条件下多年的运行模拟情况,分析得出三开弃井改造换热器在二、三工况下都可以很好的运行,但总体取热量不大;四开弃井改造换热器在文中设置工况下可以很好的运行,且总体取热量比三开弃井改造换热器要大得多;接着计算了四开弃井改造换热器在上述条件的影响半径,分析了在加入文中设置回灌负荷数据后的运行模拟情况,发现加入回灌负荷后,对换热器长时间的运行更有利;最后浅析了弃井改造换热器的取热应用问题,包括热泵的加入、井间距、管道保温、热远距离传输以及经济性等问题。