西藏羊易高温水热型地热井筒温度场研究

【摘要】：随着全球能源需求量的不断增长和常规能源储量的不断减少，各种替代能源得以发展，地热能也在近几十年再次发展起来，其分布广泛储量丰富。地热能源的开发和利用在很多国家得以发展，符合可持续发展的要求，其是绿色、可再生资源。在地热资源的勘探开发中，地热井的井筒温度场是其重要的参数之一，地热井井筒温度的精确预测是地热井钻/完井和钻井液、固井水泥配方选择的依据，且有利于热储开采和热储量评估。 西藏羊易地区地热资源为水热型地热系统，是典型的地热田，具有广泛的研究价值。本文采用西藏羊易地区作为井筒温度场的研究区。针对水热型地热井特点，确定了地层温度场分布，并且分别讨论了井筒单相和两相流的传热，综合考虑了热传导、热对流和热辐射作用，对地热井筒温度进行研究。具体研究内容及成果： （1）分析了地热井周围大地热流、地热源和地热异常，综合研究了地层非含水层的热传导，含水层的热传导、热对流及岩石放射性热等因素，采用反演的方法建立了原始地层温度模型。以便于计算地热井井筒温度时，用原始地层温度替代静态地层温度。 （2）分析了地热井筒流体流动传热，针对单向和两相流动传热井筒传热特点，首先对水热型地热井筒流型划分和影响井筒流体流型的因素进行了研究，然后对井筒内流体的对流换热系数的影响因素和经验关联式进行总结，最后为了满足实际计算温度场的需要，对井筒流体的对流换热系数进行了计算方法选择，选择适用于不同流型的传热表达式。 （3）研究了井筒内钻井液热传导、热对流及热辐射等过程，根据能量守恒原理，采用半无限体瞬态传热近似解法建立了井筒温度场模型，得到钻杆柱内及环空钻井液温度随深度变化解析解和停泵状态下井筒温度分布。 （4）采用计算机编程，编制地热井筒温度场计算软件，并采用西藏羊易地热井数据进行验证。 【关键词】：地热钻井 原始地层温度 井筒传热模型 井筒温度预测
【学位授予单位】：中国地质大学（北京）
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：P314
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 引言9-16
• 1.1 研究的目的及意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 井筒温度场国内外研究现状12-14
• 1.2.2 地层温度模型国内外研究现状14-15
• 1.3 本文的研究方法及主要内容15-16
• 1.3.1 研究方法15
• 1.3.2 主要内容15-16
• 第2章 高温水热地热田地层温度场16-29
• 2.1 大地温度场及大地热流16-19
• 2.2 放射性热源19-20
• 2.3 地热异常20-21
• 2.4 地热传导及对流21-24
• 2.4.1 地热传导作用21-23
• 2.4.2 地热对流作用23-24
• 2.5 地层温度的确定24-28
• 2.5.1 地热地层温度的判定方法24-25
• 2.5.2 原始地层温度预测25-28
• 2.6 本章小结28-29
• 第3章 井筒流体流动传热分析29-38
• 3.1 井筒内流体的流型29-32
• 3.1.1 垂直井筒流型划分29-31
• 3.1.2 流体流型的影响因素31-32
• 3.2 井筒流体对流换热系数的研究32-35
• 3.2.1 对流换热系数的影响因素分析33-34
• 3.2.2 对流换热系数的关联式34-35
• 3.3 流体对流换热系数的计算优选35-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4章 地热井筒温度场研究38-52
• 4.1 井筒能量守恒38-41
• 4.2 井筒热传递数学模型41-45
• 4.2.1 井筒内稳态传热模型41-44
• 4.2.2 地层温度非稳态传热44-45
• 4.3 井筒中流体至地层传热系数的计算45-47
• 4.4 井筒中的温度场模型求解47-49
• 4.5 停泵时地热井筒的温度场模型49-51
• 4.6 本章小结51-52
• 第5章 程序介绍及实例计算与分析52-61
• 5.1 程序介绍52-55
• 5.1.1 程序的功能作用52
• 5.1.2 程序设计流程52-54
• 5.1.3 程序的运行界面54-55
• 5.2 实例计算55-61
• 5.2.1 井址选择和地质情况55-56
• 5.2.2 西藏羊易地热井实例分析56-61
• 第6章 结论61-62
• 致谢62-63
• 参考文献63-68
• 附 1 主要符号表68-71
• 附 2 地热井井筒钻井液温度计算过程71-78
• 附 3 程序部分源代码78-84
• 附 4 计算实例程序计算过程84-92

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