地热井涌水量计算方法与流程

1.本技术涉及矿产资源的预测和优化的技术领域，具体涉及一种地热井涌水量计算方法。


背景技术：

2.准确地计算地热井中各含水层的涌水量对于后续的地热资源的开发具有重要的意义，然而，地热井中的水流温度通常较高，且压力较大，相关技术中所使用的分层抽水测定涌水量的方法难以被应用在地热井的涌水量计算中。


技术实现要素：

3.鉴于上述问题，提出了本技术以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的地热井涌水量计算方法。
4.本技术的实施例提供一种地热井涌水量计算方法，包括：在地热井处于放喷状态时，确定地热井的总涌水量和混合温度，并分别确定每个含水层处的流动温度；在地热井处于闭井状态时，分别确定每个含水层处的静态温度；分别确定混合温度、每个含水层处的流动温度和静态温度对应的焓值；基于混合温度对应的焓值、每个含水层处的流动温度和静态温度对应的焓值以及总涌水量，分别计算每个含水层的涌水量。
5.本技术实施例提供的方法能够有效且较为准确地计算地热井中各含水层的涌水量，指导后续地热资源的开发。
附图说明
6.图1为根据本技术实施例的地热井涌水量计算方法的流程图；图2为根据本技术实施例的地热井中的不同含水层的示意图；图3为根据本技术实施例的第一曲线和第二曲线的示意图。
具体实施方式
7.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例的附图，对本技术的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本技术的一个实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本技术的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
8.需要说明的是，除非另外定义，本技术使用的技术术语或者科学术语应当为本技术所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。若全文中涉及“第一”、“第二”等描述，则该“第一”、“第二”等描述仅用于区别类似的对象，而不能理解为指示或暗示其相对重要性、先后次序或者隐含指明所指示的技术特征的数量，应该理解为“第一”、“第二”等描述的数据在适当情况下可以互换。若全文中出现“和/或”，其含义为包括三个并列方案，以“a和/或b”为例，包括a方案，或b方案，或a和b同时满足的方案。
9.本技术的实施例提供一种地热井涌水量计算方法，用于计算地热井的不同含水层的涌水量，参照图1，方法包括：步骤s102：在地热井处于放喷状态时，确定地热井的总涌水量和混合温度，并分别确定每个含水层处的流动温度。
10.步骤s104：在地热井处于闭井状态时，分别确定每个含水层处的静态温度。
11.步骤s106：分别确定混合温度、每个含水层处的流动温度和静态温度对应的焓值。
12.步骤s108：基于混合温度对应的焓值、每个含水层处的流动温度和静态温度对应的焓值以及总涌水量，分别计算每个含水层的涌水量。
13.地热井中通常会含有多个含水层，为了能够更好地指导地热资源的后续开发，需要确定每个含水层的涌水量，图2示出了一个实施例中地热井20中的不同含水层21的分布示意图。相关技术中通常会借助分层抽水装置来分别确定每个含水层的涌水量，然而，地热井中的温度较高，一般超过150℃，部分地热井的温度超过200℃，相关技术中所提供的分层抽水装置难以在这样的环境下进行工作，即使能够工作，也需要较长的周期和较高的成本。需要说明的是，此处的涌水量为包括水流和水汽的热流体的流量，并非特指液态水。
14.为此，提出了本实施例的方法来对地热井中不同含水层的涌水量进行计算，本实施例提供的方法在计算过程中主要依靠能量守恒定律，在地热井放喷的过程中，深部的多个含水层的热流体向上喷涌，其能量将会在最靠近井口的第1个含水层上方汇集。假设多个含水层中每个含水层的热流体所含能量为e 1
、e 2
、e 3
、e 4
……
e n
，热流体混合后的能量为e 总
，则根据能量守恒定律，e 总
=e 1
e 2
e 3
e 4
……
e n
。
15.尽管各含水层的热流体由深部向浅部转移的过程中可能会与围岩发生热交换，导致部分能量的损失，但是由于地热井的深度普遍较浅，这种能量损失可以被忽略，并且，在持续放喷的过程中，能量交换将会逐渐达到平衡，进一步地减小了能量交换带来的影响，因此本实施例提供的方法在计算各含水层的涌水量时能够保证较高的准确性。
16.具体地，本实施例中借助流量和焓值来对热流体的能量进行表征。假设总涌水量为q 0
，焓值为h 0
，则e 总
可以为写为q 0
×
h 0
。假设第1含水层的流量为q 1
，对应的焓值为h 1
，则第1个含水层的能量可以被写为q 1
×
h 1
。假设第1个含水层下方的所有含水层的总涌水量为q 0-1
，焓值为h 0-1
，则第1个含水层下方的所有含水层的总能量可以被写为q 0-1
×
h 0-1
。
17.根据上述能量守恒定律可以得出q 0
×
h 0
=q 1
×
h 1
q 0-1
×
h 0-1
（1）进一步地，已知q 0
= q 1
q 0-1
（2）将上述式（2）和式（1）联立，则可以得出q 1
= q 0
×
（h 0
－h 0-1
）/（h 1
－h 0-1
）（3）即，只需要获取到q 0
、h 0
、h 0-1
、h 1
，就可以计算出q 1
，以此类推，可以计算出其他含水层的涌水量q 2
、q 3
……
q n
，以q 2
为例，q 0
×
h 0
=q 1
×
h 1
q 2
×
h 2
q 0-2
×
h 0-2
（4）q 0
= q 1
q 2
q 0-2
（5）将式（3）、（4）、（5）联立，即可计算得出q 2
。
18.综上所述，为了计算各个含水层处的涌水量，需要获取到的数据包括总涌水量q 0
、总焓值h 0
，各个含水层的热流体的焓值h n
，以及各个含水层下方的所有含水层的热流体混合后的焓值h 0-n
。
19.为了获取到上述数据，在步骤s102中，在地热井处于放喷状态时，确定地热井的总涌水量和混合温度，并分别确定每个含水层处的流动温度。
20.在放喷状态下，各含水层中的热流体向上喷涌到井口，因此，可以在井口处测量总涌水量q 0
。
21.混合温度是指各个含水层的热流体混合后的温度，混合温度可以从地热井的井口到最靠近井口的第1个含水层之间的任意一个位置处测温获得。在获取到混合温度后，可以在步骤s106中获取到混合温度对应的焓值，该混合温度对应的焓值即为上文中所描述的h 0
。具体地，温度与焓值之间具有一定的映射关系，因此，在步骤s106中本领域技术人员可以通过查阅本领域中的温度与焓值之间的映射表来获得温度对应的焓值。
22.每个含水层处的流动温度是指在放喷状态下含水层的顶部或者底部的温度，由于此时热流体处于流动状态，因此本技术中将该温度称为流动温度。同样地，该流动温度也是多个含水层的热流体混合后的温度，例如，第1个含水层底部（或第2个含水层顶部）的流动温度是第2个含水层以及下方各含水层的热流体混合后的温度，该温度对应的焓值即上文中所描述的h 0-1
，同样地，在步骤s102中获取到不同含水层处的流动温度后，可以在步骤s106中获取不同含水层处的流动温度对应的焓值，即h 0-n
。
23.在步骤s104中，需要在地热井处于闭井状态下获取到各含水层处的静态温度，可以理解地，在地热井处于闭井状态时，各含水层中的热流体处于相对静止的状态，因此本技术中将此时含水层处的温度称为静态温度。由于各含水层中的热流体处于相对静止的状态，而不会向上喷涌，因此，该静态温度对应的焓值能够被认为是单个含水层的热流体的焓值，可以在步骤s106中获取不同含水层处的静态温度对应的焓值，即h n
。
24.在获取到上述数据后，即可在步骤s108中基于总涌水量q 0
、混合温度对应的焓值h 0
、各含水层处的流动温度对应的焓值h 0-n
以及各含水层处的静态温度对应的焓值h n
来计算各个含水层处的涌水量。
25.上述各个步骤中的温度可以采用合适的测温装置来获得。总涌水量可以采用本领域中常用的流量计算方法来获得，例如詹姆斯端压法等，对此不再赘述。
26.本实施例提供的方法在实施过程中仅需要进行流量和温度的测定，该过程中使用到的装置（例如测温装置）不会受到地热井高温的限制且成本较低，使得本实施例提供的方法能够有效确定地热井各含水层的涌水量，并且能够保证较高的准确性。
27.在一些实施例中，在计算各含水层的涌水量时，可以从最靠近地热层的井口的含水层起，依次向下计算每个含水层的涌水量。可以理解地，基于动态温度仅能够获得某一含水层下方的所有含水层的热流体混合后的焓值，而无法单独地获得某几个含水层的热流体的焓值，因此，在使用上式（4）计算q 2
的涌水量时，需要使用q 1
，尽管q 1
可以使用上式（3）来表示，但是这将会使得q 2
的计算具有较大的计算量，因此，在一些实施例中，可以从最靠近井口处的含水层起依次向下计算每个含水层的涌水量，即，依次计算q 1
、q 2
、q 3
……
q n
，从而，在计算下一含水层的涌水量时，可以直接使用之前已经计算完成的含水层的涌水量，避免了重复的计算，提高了计算效率。
28.在一些实施例中，在步骤s102中确定流动温度时，可以在地热井处于放喷状态时，获取地热井中的温度随深度变化的第一曲线，而后借助第一曲线确定每个含水层处的流动温度。具体地，可以采用例如热电偶或其他测温装置来进行测温，借助吊绳等装置将测温装置放入地热井中并使其沿着地热井移动，在移动过程中记录测温装置所在的深度和测得的温度，从而形成第一曲线，进而可以从第一曲线中确定每个含水层处的流动温度。借助第一曲线来确定流动温度的优点在于测量成本较低，无需在每个含水层处设置测温点来进行测温。
29.在一些实施例中，上述混合温度也可以选择在第一曲线中确定，如上文中所描述地，从最靠近井口的第1含水层顶部到地热井井口这一段中的温度均可以被作为混合温度，而如上文中所提及的，热流体向上喷涌的过程中将可能与围岩发生能量交换，因此，可以选择将最靠近井口的第1含水层顶部附近的流动温度作为混合温度，该处的温度相较于上方更加靠近井口的位置而言，经历了更少的能量交换，能够更加准确地反映各含水层的热流体混合后的温度。
30.可以理解地，借助第一曲线来确定各个含水层处的流动温度时，需要确定每个含水层所在的深度，可以预先确定每个含水层所在的深度，例如可以采用本领域相关技术中所提供的含水层定位方法来确定每个含水层所在的深度，但是这将会导致成本的增加，为此，在一些实施例中，可以借助第一曲线中的阶梯状变化识别多个含水层，进而确定各个含水层所在的深度。
31.具体地，地热井底部的热流体向上喷涌的过程中，经过一个含水层时会与该含水层中的热流体混合，混合后的热流体温度会升高，从而在第一曲线中呈现阶梯状变化，可以基于该阶梯状变化来识别含水层所在的深度。作为示例地，可以参照图3，图3中的横轴为深度，纵轴为温度，第一曲线31中存在两个阶梯状变化，第一个阶梯状变化出现在360-380米处，第二个阶梯状变化出现在460-480米处，此时可以认为360米处的含水层为最靠近井口的第1含水层，从地表到360米深度之间不存在含水层。而460米处的含水层为第2含水层。
32.本实施例中，可以直接借助第一曲线来识别含水层，而无需预先确定各个含水层所在的位置，提高了效率并降低了成本。
33.在一些实施例中，确定每个含水层处的静态温度时，可以在地热井处于闭井状态时，获取地热井中的温度随深度变化的第二曲线，而后基于第一曲线确定每个含水层对应的深度；基于每个含水层对应的深度在第二曲线中确定每个含水层处的静态温度。
34.本实施例中的第二曲线的获取方法可以参照上文中所描述的第一曲线的获取方法，在此不再赘述。图3中还示出了一个实施例中的第二曲线32，可以理解地，由于第二曲线32是在闭井状态下获得的曲线，各个含水层之间并未发生能量的混合，因此第二曲线32中不会出现阶梯状改变，在借助第二曲线32来确定静态温度时，可以首先基于第一曲线31来确定各个含水层对应的深度，而后基于含水层对应的深度在第二曲线中确定每个含水层处的静态温度。
35.可以理解地，本技术中测定静态温度是期望能够获得单个含水层的焓值，然而，在地热井闭井状态下，井内已有的热流体仍会产生干扰，为此，在获取第二曲线之前，可以向地热井中注入冷水，以排除地热井中已有的热流体的干扰。注入冷水的量可以由本领域技术人员根据历史经验和/或根据地热井的具体情况来确定，对此不作限制。
36.在向地热井中注入冷水后，井内各含水层处的温度将会下降，而后随着时间的推移，各含水层处的温度将会逐渐恢复，直到接近含水层的真实温度，本领域技术人员可以选择在注入冷水一段时间后获取第二曲线。
37.在一些实施例中，可以选择在向地热井中注入冷水后的多个时间节点分别获取多条第二曲线，而后比较多条第二曲线以确定地热井中的含水层的温度恢复情况，基于温度恢复情况从多条第二曲线中选择一条第二曲线来确定静态温度。
38.如上文中所描述地，注入冷水后各含水层处的温度将会逐渐恢复到含水层的真实温度，而本实施例中，在注入冷水后的多个时间节点获取了多条第二曲线，从而，能够通过对多条第二曲线中的温度进行比较来确定各含水层的温度恢复情况，以判断各含水层是否恢复到了真实温度，选择最能够反应含水层的真实温度的一条第二曲线来确定静态温度，进一步地提高计算含水层涌水量的准确性。
39.在一些实施例中，上述多个时间节点至少包括注入冷水后的0小时、24小时和72小时。此处的0小时是指注入冷水后的0-1小时内的一个时间点，可以选择在注入冷水后立即测量温度获取一条第二曲线，该条第二曲线对于观察温度恢复情况而言具有较高的参考价值。除了上述时间节点外，本领域技术人员还可以根据实际温度恢复情况来选择更多的时间节点，对此不作限制。
40.在一些实施例中，在确定地热井的总涌水量时，可以选择使用詹姆斯端压法计算总涌水量，具体地，可以在地热井处于放喷状态时，监测排放管端压以及混合温度，在排放管端压变化量小于阈值时，即，达到一个相对稳定的状态时，基于排放管端压和排放管的直径确定总涌水量。如上文中所描述地，此处所测定的总涌水量为地热井井口的汽水混合物的流量，即，包括水流和水汽的热流体的总流量。具体的计算方法可以参照本领域中的相关计算公式，在此不再赘述。
41.在一些实施例中，还可以进一步地监测井口处的温度、蒸汽量、水流量，并计算汽水比和干度，在这些数据均呈现稳定状态后，再计算汽水总流量，以进一步地保证所获取的总涌水量的准确性。在一些实施例中，可以进行持续时间不少于3天的放喷，以进一步地保证上述数据能够呈现稳定状态。
42.除了上文中所描述的方法外，本领域技术人员还可以采用本领域中的其他流量测定方法来完成总涌水量的测定，在此不再赘述。
43.下面将以一个具体的实施例来对上文中的一个或多个实施例中所涉及到的涌水量计算方法的准确性进行验证。
44.本实施例是对西藏某地热田地热井的勘查实例，在放喷状态下，测得该井的总涌水量q 0
=200m 3
/h。从第一曲线观察得知，该井最靠近井口的第1个含水层在360m-380m处，360m以上无含水层，因此，选择360m处的温度作为混合温度t 0
，t 0
=161.6℃，查表获得对应的焓值h 0
=682.4kj/kg。第1个含水层延伸到380m，选择380m处的温度作为t 0-1
，t 0-1
=160.8℃，对应的焓值h 0-1
=678.9kj/kg。基于公式计算获得q 1
=12.1m 3
/h。同样地，基于上文中所描述的公式计算得出其他含水层的涌水量：q 2
=26.1m 3
/h，q 3
=12.9m 3
/h，q 4
=81.9m 3
/h，q 5
=35.3m 3
/h，q 6
=15.9m 3
/h， q 7
=12.7m 3
/h。
45.将上述计算获得的各含水层的涌水量相加后的涌水量为196.8m 3
/h，与实际测得的总涌水量大致相同，表明本技术实施例所提供的方法具有较高的准确性，上述计算获得
的涌水量与实际测得的总涌水量之间存在差异可能是由于部分含水层的涌水量较小，或者温度与井筒内温度基本一致，导致上述计算方法无法测得这些含水层的涌水量，然而这并不会影响到对该地热井中地热资源的评价和开发。
46.上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。