注携热工质开采深部含水层地热能的模拟实验系统及测试方法技术方案

注携热工质开采深部含水层地热能的模拟实验系统及测试方法，本发明专利技术涉及地热能的模拟实验系统及测试方法。本发明专利技术的目的是解决注携热工质开采深部含水层地热能的研究在实验方面存在空缺的问题。注携热工质开采深部含水层地热能的模拟实验系统包括地热储层模拟装置Ⅰ、携热工质注采装置Ⅱ、携热工质回收处理装置Ⅲ、数据采集与控制系统Ⅳ。本发明专利技术用于注携热工质开采深部含水层地热能的模拟实验系统及测试领域。测试领域。测试领域。

【技术实现步骤摘要】
注携热工质开采深部含水层地热能的模拟实验系统及测试方法


[0001]本专利技术涉及地热能高效开发与利用的实验
，尤其是涉及注携热工质开采深部含水层地热能的模拟实验系统及测试方法。

技术介绍

[0002]地热能作为一种可再生能源，具有储量丰富、稳定性强、连续性好等一系列优点。随着地热开发技术的不断发展，注携热工质开采干热岩、深部咸水层等非常规地热资源日益受到关注，尤其当选用超临界CO2为携热工质时，还能实现CO2地质封存。其中，干热岩地热开采前需对储层进行人工压裂，一方面裂隙方向和空间分布控制较难，且初投资较大；另一方面容易造成储层损伤，引发地震等地质灾害，开发利用风险大。而相比之下，深部咸水层、枯竭油气藏等地热资源的储层内部为天然多孔结构，地热开采前从无需人工压裂，并且储层体积大，极具地热能开发与利用潜力。
[0003]然而，深部咸水层、枯竭油气藏等深部含水层的储层孔隙结构非常复杂，并且孔隙中一般充满热盐水，携热工质在储层孔隙内的流动换热是一个极其复杂的多场多组分耦合过程。携热工质在储层内的热
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流
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化多场耦合流动传热机理、井筒
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储层非等温热质输运机理等尚不明确，亟需深入开展相关研究。受制于储层内的高温高压和复杂地质条件，很难设计和开展实地注采实验，故现阶段的研究多采用仿真和数值模拟手段，但这些研究在模拟时都进行了假设和简化，使得模拟结果与实际情况总会存在一定误差。鉴于现阶段还缺乏模拟注携热工质开采深部含水层地热能的实验系统及测试方法，并且少量实验方面的研究仅仅开展了携热工质与储层岩石样本间的化学反应测试，并不能反映注携热工质开采地热能的全貌，设计一套能够模拟研究携热工质从注入到采出全过程流动换热和热质输运特性的实验系统，并开发对应的测试方法非常必要。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种注携热工质开采深部含水层地热能的模拟实验系统及测试方法，用以研究储层内携热工质多场耦合流动传热机理、井筒
‑
储层非等温热质输运机理等内容，解决注携热工质开采深部含水层地热能的研究在实验方面存在空缺的问题。
[0005]注携热工质开采深部含水层地热能的模拟实验系统包括地热储层模拟装置Ⅰ、携热工质注采装置Ⅱ、携热工质回收处理装置Ⅲ、数据采集与控制系统Ⅳ。
[0006]注携热工质开采深部含水层地热能的测试方法包括如下步骤：
[0007]步骤一、制作地热储层模拟装置，地热储层模拟装置Ⅰ包括高压反应容器、储层加热装置、岩石实验样品；
[0008]所述高压反应容器包括不锈钢壳体、隔热保温层、顶部注入孔；
[0009]所述储层加热装置包括侧面第一加热器、侧面第二加热器、侧面第三加热器和底部加热器；
[0010]在高压反应容器1内壁侧安装侧面第一加热器、侧面第二加热器、侧面第三加热器；在高压反应容器底部安装底部加热器；并将侧面第一加热器、侧面第二加热器、侧面第三加热器、底部加热器并联到220V的电压上；
[0011]将侧面第一加热器、侧面第二加热器、侧面第三加热器设定不同加热功率，大小为W
23
＞W
22
＞W
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，以模拟地热储层温度沿深度逐渐升高的效果，将底部加热器设置恒定加热功率，并且W24＞W
23
＞W
22
＞W
21
，以模拟大地热流效果；
[0012]步骤二、将实地取材的岩石实验样品填充至高压反应容器内，装填的同时将12个温度传感器AT1
‑
AT2、12个压力传感器AP1－AP12均匀安装在岩石实验样品中；
[0013]通过高压反应容器的顶部注入孔向岩石实验样品的孔隙中注入盐水，以实现对深部含水层地热储层的模拟；
[0014]步骤三、制作携热工质注采装置，携热工质注采装置包括携热工质储存罐、供给管路、注入井、采出井、采出管路；携热工质储存罐通过供给管路、注入井与地热储层模拟装置相连；
[0015]供给管路上设置有供给流量控制阀、供给流量计、供给加热器、加压注射泵、压力释放阀；
[0016]在供给管路上安装1个温度传感器BT1、1个压力传感器BP1和1个供给流量计；
[0017]在采出管路上安装1个温度传感器BT8、1个压力传感器BP8和1个采出流量计，在采出管路安装1个离子浓度监测器ISE；
[0018]供给携热工质时，供给管路上的供给流量控制阀打开，并通过调整开度实现对携热工质的注入流量控制，随后携热工质储存罐供应的工质在供给管路内流动，供给管路上的供给加热器、加压注射泵可根据要求将携热工质调整至指定的注入温度和注入压力；
[0019]携热工质经供给管路进入至地热储层模拟装置内，并由注入井底部注入至岩石实验样品内进行流动换热；
[0020]采出管路上设置有采出泵、采出流量计、采出流量阀；携热工质在岩石实验样品内流动换热后，在采出泵的驱动下，经采出井被采出至采出管路，采出流量阀可根据要求调整开度，以实现对采出流量的控制；
[0021]步骤四、在注入井内均匀布置温度传感器BT2～4和压力传感器BP2～4；
[0022]在采出井内均匀布置温度传感器BT5～7和压力传感器BP5～7；
[0023]选用“两注一采”的布井方案，将注入井和采出井安装在地热储层模拟装置的岩石试验样品中，注入井布置在采出井两侧，采出井布置在中间；
[0024]步骤五、制作携热工质回收处理装置，制作携热工质回收处理装置包括过滤器、气体回收装置、液体回收装置、处理装置；
[0025]气体回收装置包括气路关断阀、膜吸收分离器、溴化锂溶液发生器、减压阀、干燥器、贮存器、贮存器流量阀；
[0026]液体回收装置包括液路关断阀、溶液浓度调节器；
[0027]处理装置包括温度控制器、压力控制器、循环流量计；
[0028]过滤器与采出管路相连，筛滤分离固体杂质；
[0029]若所述携热工质为气态工质，则分离固体杂质后气液混合物进入以中空纤维膜为组件的膜吸收分离器，中空纤维膜两侧逆向流动着工质采出液和溴化锂溶液，采出液中的
盐水经中空纤维膜组件被溴化锂浓溶液吸收，而气态工质则被阻挡，进而实现气液分离；吸收盐水后的溴化锂溶液进入发生器被加热，加热时水分蒸出，而浓缩后的溴化锂溶液则通过减压阀减压后，再次流回膜吸收分离器，实现循环利用；
[0030]经气液分离后的携热工质由膜吸收分离器流入干燥器，干燥器内对携热工质进行加热，使工质中的水分析出，实现工质干燥；贮存器与干燥器相连，用于暂存回收后的气态工质，贮存器可以输出持续稳定的工质气流；携热工质自贮存器流出后，相继流经温度控制器、压力控制器，被调整至指定温度、压力后重新流回储存罐，实现资源的循环利用；
[0031]若所述携热工质为液态工质，则固液分离后的液体进入液体回收装置，经溶液浓度调节器调整至规定浓度后，相继流经温度控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.注携热工质开采深部含水层地热能的模拟实验系统，其特征在于：所述系统包括地热储层模拟装置Ⅰ、携热工质注采装置Ⅱ、携热工质回收处理装置Ⅲ、数据采集与控制系统Ⅳ。2.根据权利要求1所述的注携热工质开采深部含水层地热能的模拟实验系统，其特征在于：所述地热储层模拟装置Ⅰ包括高压反应容器(1)、储层加热装置(2)、岩石实验样品(3)；所述高压反应容器(1)由不锈钢材质制成；所述高压反应容器(1)包括不锈钢壳体(11)、隔热保温层(12)、顶部注入孔(13)；所述顶部注入孔(13)位于高压反应容器(1)顶部，能够在实验开始前选择是否向岩石实验样品的孔隙中充注热盐水，实现地热储层有/无热盐水的模拟；所述储层加热装置(2)采用板式电加热器，贴附安装在高压反应容器(1)内壁；所述储层加热装置(2)包括自上而下的三层侧面加热器侧面第一加热器(21)、侧面第二加热器(22)、侧面第三加热器(23)和底部加热器(24)；其中侧面第一加热器(21)、侧面第二加热器(22)、侧面第三加热器(23)设定不同加热功率，以模拟地热储层温度沿深度逐渐升高的情况；其中底部加热器(24)设定不同的发热功率，模拟不同地区的大地热流；所述岩石实验样品(3)实地取材自深部含水层，可灵活拆装并通过改变岩石样品的体积来模拟地热储层孔隙度的改变；所述岩石实验样品(3)内均匀布置温度传感器AT1～12和压力传感器AP1～12，岩石实验样品(3)内通过布置注入井(6)和采出井(7)与携热工质注采装置Ⅱ相连。3.根据权利要求2所述的注携热工质开采深部含水层地热能的模拟实验系统，其特征在于：所述携热工质注采装置Ⅱ包括携热工质储存罐(4)、供给管路(5)、注入井(6)，采出井(7)、采出管路(8)；所述携热工质储存罐(4)的内罐和外壳分别采用不锈钢和压力容器用钢材料制作，用以储存实验所需的携热工质；所述供给管路(5)前接携热工质储存罐(4)，后接注入井(6)，供给管路(5)上自前向后依次安装供给流量阀(51)、供给流量计(52)、供给加热器(53)、加压注射泵(54)、压力释放阀(55)、压力传感器BP1、温度传感器BT1；所述注入井(6)的主体为PVDF管材(61)，PVDF管材(61)外壁敷设隔热保温材料(62)，注入井(6)内部均匀布置温度传感器BT2～4和压力传感器BP2～4；所述采出井(7)的主体为PVDF管材(71)，PVDF管材(71)外壁敷设隔热保温材料(72)，采出井(7)内部均匀布置温度传感器BT5～7和压力传感器BP5～7；所述采出管路(8)连接采出井(7)，采出管路(8)上依次包括采出泵(81)、压力传感器BP8、温度传感器BT8、离子浓度监测器ISE、采出流量计(82)、采出流量阀(83)，采出管路(8)后接携热工质回收处理装置Ⅲ。4.根据权利要求3所述的注携热工质开采深部含水层地热能的模拟实验系统，其特征在于：所述携热工质回收处理装置Ⅲ前接采出管路(8)，后接携热工质储存罐(4)，经回收处理后的携热工质再次被注入携热工质储存罐(4)，以实现资源循环利用；所述携热工质回收处理装置Ⅲ包括用于筛滤分离固体杂质的过滤器(9)、气体回收装
置(10)、液体回收装置(11)、处理装置(12)；所述气体回收装置(10)依次包括气路关断阀(101)、膜吸收分离器(102)、溴化锂溶液发生器(103)、减压阀(104)、干燥器(105)、贮存器(106)、贮存器流量阀(107)；其中膜吸收分离器(102)用于分离热盐水和气态工质，干燥器(105)用于干燥分离后的气态工质；所述液体回收装置(11)依次包括液路关断阀(111)、溶液浓度调节器(112)；所述处理装置(12)依次包括温度控制器(121)、压力控制器(122)、循环流量计(123)；所述过滤器(9)进口端连接管路(8)；所述过滤器(9)出口端和温度控制器(121)进口端之间设置并联的两个支路，即气体回收装置(10)和液体回收装置(11)。5.根据权利要求4所述的注携热工质开采深部含水层地热能的模拟实验系统，其特征在于：所述实验系统的携热工质可以是以超临界CO2为代表的气态工质，也可以是以H2O为代表的液态工质。6.根据权利要求5所述的注携热工质开采深部含水层地热能的模拟实验系统，其特征在于：所述数据采集与控制系统Ⅳ包括控制器(13)和温度传感器AT1～12、BT1～8、CT1，压力传感器AP1～12、BP1～8、CP1，离子浓度监测器ISE；所述温度传感器AT1～12均匀布置在岩石实验样品中，以实时监测地热储层内的温度变化情况；所述压力传感器BP1和温度传感器BT1安装在供给管路(5)上，布置在注入井(6)井口前，用于记录携热工质的注入压力和温度；所述压力传感器BP2～4和温度传感器BT2～4均匀安装在注入井内，用于记录携热工质注入过程中压力和温度变化情况；所述压力传感器BP5～7和温度传感器BT5～7均匀安装在采出井内，用于记录携热工质采出过程中压力和温度变化情况；所述压力传感器BP8和温度传感器BT8安装在采出泵(81)与离子浓度监测器ISE之间，用于记录携热工质的采出压力和温度；所述压力传感器CP1和温度传感器CT1安装在压力控制器(123)与携热工质储存罐(4)之间，用于判断携热工质处理后的压力和温度是否符合储存罐的注入要求；所述离子浓度监测器ISE安装在采出泵(81)和流量计(82)之间，用于记录携热工质采出液中Ca+浓度；所述控制器(13)能够实时采集和记录各点的温度、压力状况以及携热工质采出液中的Ca+浓度；所述控制器(13)能够控制加热器(21)、(22)、(23)、(24)处于不同发热功率；所述控制器(13)能够控制流量控制阀(51)和(83)、供给加热器(53)、加压注射泵(54)、采出泵(81)；所述数据采集与控制系统Ⅳ与携热工质储存罐(4)、供给流量计(52)、贮存器(106)、贮存器流量计(107)相连，能够记录携热工质质量流量变化情况。7.注携热工质开采深部含水层地热能的测试方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：
步骤一、制作地热储层模拟装置，地热储层模拟装置Ⅰ包括高压反应容器(1)、储层加热装置(2)、岩石实验样品(3)；所述高压反应容器(1)包括不锈钢壳体(11)、隔热保温层(12)、顶部注入孔(13)；所述储层加热装置(2)包括侧面第一加热器(21)、侧面第二加热器(22)、侧面第三加热器(23)和底部加热器(24)；在高压反应容器(1)内壁侧安装侧面第一加热器(21)、侧面第二加热器(22)、侧面第三加热器(23)；在高压反应容器底部安装底部加热器(24)；并将侧面第一加热器(21)、侧面第二加热器(22)、侧面第三加热器(23)、底部加热器(24)并联到220V的电压上；将侧面第一加热器(21)、侧面第二加热器(22)、侧面第三加热器(33)设定不同加热功率，大小为W
23
＞W
22
＞W
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，以模拟地热储层温度沿深度逐渐升高的效果，将底部加热器(24)设置恒定加热功率，并且W24...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭羽非，许志鹏，毕秀新，张甜甜，贾琦，韩东亮，阿不都沙拉木，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：