同轴型地热井产能预测的方法及装置与流程

本发明涉及地热井传热技术领域，尤其涉及同轴型地热井产能预测的方法及装置。

背景技术：

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明实施例提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

进入21世纪以来，随着全球经济的发展，世界能源需求增长强劲，供需矛盾日趋紧张，能源消费中占主导地位的石油、煤炭等能源的竞争更加激烈，能源安全面临严峻挑战。同时传统化石能源带来的资源枯竭和环境污染问题日益严重。地热作为一种清洁、可再生能源，对缓解能源供需矛盾、改善生态环境起着重要的作用。因此，加快地热资源的高效开发利用势在必行。

采水取热是地热资源的基本开发方式。但是其适用范围有限，并且从地下采水容易引起地下水位下降和地面沉降等问题。因此，在进行采水取热时，必须将尾水回灌到地热储层，即异井循环地热系统。但由于储层物性的限制，依然存在尾水回灌难、取热效率低等问题。同时开发较多的异井循环系统的钻井数量，也引发了占地面积较大，管理不便，初期投资高等问题，限制了其大规模推广利用。

为了确保地热资源的可持续发展，避免尾水回灌，降低成本，可以采用单井闭式循环取热的开发模式。其中，针对浅层地热的典型开发方式为地源热泵系统，井下是通过u型换热管中的循环流体与外部介质进行热交换，地面上则利用地源热泵将低品位热能转化为高品位热能。但是由于其换热面积有限，因此，中深部地热资源的开发取热效率较低，商业效益不理想。

针对上述情况，提出了单井同轴型型换热系统，通过工质在环空和内管中的闭式循环，与地层进行对流换热，同时换热系统具有更大的换热面积，一方面可以增强换热效果，另一方面可以允许更多流体进行循环，提高取热功率。然而，目前在利用单井同轴型型换热系统的传热模型对同轴型地热井产能进行预测时，仅考虑同轴型地热井自身的能量变化，忽略了地层中流体对同轴型地热井产生的影响，由此导致无法准确的表达和预测同轴型地热井产能。

因此，现有的同轴型地热井产能的预测存在不能准确预测同轴型地热井产能的问题。

技术实现要素：

本发明实施例提供一种同轴型地热井产能预测的方法，用以提高同轴型地热井产能预测的准确度，该方法包括：

根据地层的能量变化关系、同轴型地热井中的水泥环及套管的能量变化关系确定套管温度；同轴型地热井从中心向外依次包括中心管、套管、水泥环，水泥环与地层邻接，环空流体介于中心管和套管之间；

根据套管温度及环空流体、中心管的能量变化关系，确定环空流体温度与中心管温度的差异；

根据环空流体温度与中心管温度的差异，确定同轴型地热井的产能。

本发明实施例还提供一种同轴型地热井产能预测的装置，用以提高同轴型地热井产能预测的准确度，该装置包括：

套管温度确定模块，用于根据地层的能量变化关系、同轴型地热井中的水泥环及套管的能量变化关系确定套管温度；同轴型地热井从中心向外依次包括中心管、套管、水泥环，水泥环与地层邻接，环空流体介于中心管和套管之间；

差异确定模块，用于根据套管温度及环空流体、中心管的能量变化关系，确定环空流体温度与中心管温度的差异；

产能确定模块，用于根据环空流体温度与中心管温度的差异，确定同轴型地热井的产能。

本发明实施例中，根据地层的能量变化关系、同轴型地热井中的水泥环及套管的能量变化关系确定套管温度；同轴型地热井从中心向外依次包括中心管、套管、水泥环，水泥环与地层邻接，环空流体介于中心管和套管之间，根据套管温度及环空流体、中心管的能量变化关系，确定环空流体温度与中心管温度的差异，根据环空流体温度与中心管温度的差异，确定同轴型地热井的产能。本发明实施例在确定同轴型地热井的产能时，不仅考虑了同轴型地热井自身的能量变化，即地层、水泥环、套管以及中心管的能量变化，同时还考虑了环空流体对同轴型地热井能量变化的影响，即环空流体的能量变化，因此更为准确的表达了同轴型地热井的能量变化，进而可以提高同轴型地热井产能预测的准确度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在附图中：

图1为本发明实施例提供的同轴型地热井的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的同轴型地热井产能预测的方法的实现流程图；

图3为本发明实施例提供的同轴型地热井产能预测的方法中步骤201的实现流程图；

图4a为本发明实施例提供的同轴型地热井与无水地层的关系示意图；

图4b为本发明实施例提供的同轴型地热井与见水地层的关系示意图；

图5为本发明实施例提供的同轴型地热井产能预测的方法中步骤202的实现流程图；

图6为本发明实施例提供的同轴型地热井产能预测的方法中步骤302的实现流程图；

图7为本发明实施例提供的同轴型地热井产能预测的方法中步骤303的实现流程图；

图8为本发明实施例提供的同轴型地热井产能预测的方法中步骤501的实现流程图；

图9为本发明实施例提供的同轴型地热井产能预测的方法中步骤502的实现流程图；

图10为本发明实施例提供的同轴型地热井产能预测的装置的功能模块图；

图11为本发明实施例提供的同轴型地热井产能预测的装置中套管温度确定模块1001的结构框图；

图12为本发明实施例提供的同轴型地热井产能预测的装置中差异确定模块1002的结构框图；

图13为本发明实施例提供的同轴型地热井产能预测的装置中水泥环温度确定单元1102的结构框图；

图14为本发明实施例提供的同轴型地热井产能预测的装置中套管温度确定单元1103的结构框图；

图15为本发明实施例提供的同轴型地热井产能预测的装置中环空流体温度确定单元1201的结构框图；

图16为本发明实施例提供的同轴型地热井产能预测的装置中中心管温度确定单元1202的结构框图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

图1示出了本发明实施例提供的同轴型地热井的结构示意图，为便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

同轴型地热井从中心向外依次包括中心管、套管、水泥环，水泥环与地层邻接，环空流体介于中心管和套管之间。在进一步的实施例中，同轴型地热井的中心管从中心向外依次包括第一中心管、第二中心管以及第三中心管。

如图1所示，同轴型地热井从中心向外依次包括：第一中心管、第二中心管以及第三中心管、套管、水泥环，水泥环与地层邻接，环空流体介于中心管和套管之间。

其中，中心管流体不仅存在轴向(轴向通常是针对圆柱体状物体而言，就是圆柱体旋转中心轴的方向，即图1中的中心管流体处箭头所示的方向)能量传递，还存在径向上(径向是指平面内通过轴心线的方向，或者垂直于轴的直线方向)与环空流体的能量传递，这两部分的能量传递共同导致了中心管流体的能量变化。

环空流体不仅存在轴向上的能量传递，还存在径向上与中心管流体的能量传递；另外，环空流体还存在径向上与套管的能量传递，这三部分的能量传递共同导致了环空流体的能量变化。

套管不仅存在轴向上的能量传递，还存在径向上与环空流体的能量传递，以及径向上与水泥环的能量传递，这三部分的能量传递共同导致了套管的能量变化。

水泥环不仅存在轴向上的能量传递，还存在径向上与套管的能量传递，以及径向上与地层的能量传递，这三部分的能量传递共同导致了水泥环的能量变化。

其中，地层包括无水地层或见水地层。无水地层不仅存在轴向上的能量传递，还存在径向上的能量传递以及横向上的能量传递，这三部分的能量传递共同导致了无水地层的能量变化。见水地层不仅存在轴向上的能量传递，还存在径向上的能量传递以及横向上的能量传递，以及地下水流动引起的能量传递，这四部分的能量传递共同导致了见水地层的能量变化。

图2示出了本发明实施例提供的同轴型地热井产能预测的方法的实现流程，为便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

如图2所示，同轴型地热井产能预测的方法，其包括：

步骤201，根据地层的能量变化关系、同轴型地热井中的水泥环及套管的能量变化关系确定套管温度；同轴型地热井从中心向外依次包括中心管、套管、水泥环，水泥环与地层邻接，环空流体介于中心管和套管之间。

步骤202，根据套管温度及环空流体、中心管的能量变化关系，确定环空流体温度与中心管温度的差异；

步骤203，根据环空流体温度与中心管温度的差异，确定同轴型地热井的产能。

在本发明实施例中，同轴型地热井从中心向外依次包括中心管、套管、水泥环，水泥环与地层邻接，环空流体介于中心管和套管之间。

根据能量守恒定律，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体传递给另一个物体，而且能量的形式可以相互转换。因此，地层、同轴型地热井中的水泥环、套管之间会发生能量传递，地层、同轴型地热井中的水泥环以及套管会产生能量变化。进而根据地层的能量变化关系，同轴型地热井中的水泥环以及套管能量变化关系可以确定同轴型地热井的套管温度。

同样的，可以进一步的根据套管温度及环空流体的能量变化关系、中心管的能量变化关系，确定同轴型地热井的环空流体温度和中心管温度，进而可以确定环空流体温度与中心管温度的差异。最后，根据同轴型地热井的取热功率和中心管温度之间的关系，确定同轴型地热井的取热功率，即同轴型地热井的产能。

在本发明实施例中，根据地层的能量变化关系、同轴型地热井中的水泥环及套管的能量变化关系确定套管温度，根据套管温度及环空流体、中心管的能量变化关系，确定环空流体温度与中心管温度的差异，根据环空流体温度与中心管温度的差异，确定同轴型地热井的产能。本发明实施例在确定同轴型地热井的产能时，不仅考虑了同轴型地热井自身的能量变化，即地层、水泥环、套管以及中心管的能量变化，同时还考虑了环空流体对同轴型地热井能量变化的影响，即环空流体的能量变化，因此更为准确的表达了同轴型地热井的能量变化，进而可以提高同轴型地热井产能预测的准确度。

图3示出了本发明实施例提供的同轴型地热井产能预测的方法中步骤201的实现流程，为便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在进一步的实施例中，如图3所示，步骤201，根据地层的能量变化关系、同轴型地热井中的水泥环及套管的能量变化关系确定套管温度，包括：

步骤301，根据地层的能量变化关系确定地层温度；

步骤302，根据地层温度和水泥环的能量变化关系确定水泥环温度；

步骤303，根据水泥环温度和套管的能量变化关系确定套管温度。

在本发明实施例中，同样的，根据地层产生的能量变化可以确定地层温度，然后依据地层温度，以及水泥环与地层、套管的能量传递，即水泥环的能量变化关系，确定水泥环温度。另外，与上述相同，可以进一步的根据水泥环温度和套管的能量变化关系确定套管温度。

本发明实施例，根据地层的能量变化关系确定地层温度，根据地层温度和水泥环的能量变化关系确定水泥环温度，根据水泥环温度和套管的能量变化关系确定套管温度，并以此确定同轴型地热井的产能，可以进一步提高同轴型地热井产能预测的准确度。

在进一步的实施例中，地层包括无水地层或见水地层。

图4a示出了本发明实施例中提供的同轴型地热井与无水地层的关系示意，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在进一步的实施例中，如图4a所示，同轴型地热井中的水泥环和无水地层邻接。步骤301，根据地层的能量变化关系确定地层温度，包括：

根据无水地层的能量变化关系确定无水地层温度。

在进一步的实施例中，无水地层的能量变化关系可以是无水地层的能量变化方程，无水地层的能量变化方程是指反映无水地层能量变化的方程，该无水地层的能量变化方程包含了无水地层的能量变化。具体的，在根据无水地层的能量变化关系确定无水地层温度时，可以根据下述的无水地层的能量变化方程确定无水地层温度：

其中，无水地层的能量变化方程左侧第一项表示无水地层轴向上的能量传递，左侧第二项表示无水地层横向上的能量传递，左侧第三项表示无水地层径向上的能量传递，无水地层的能量变化方程右侧表示无水地层自身的能量变化，即无水地层轴向、横向以及径向上的能量传递共同导致了无水地层自身的能量变化。

其中，λf表示无水地层的导热系数，单位为瓦/米·度，即w/(m·k)；t无表示无水地层温度，z无表示无水地层的轴向网格长度，单位为米(m)，x无表示无水地层的横向网格长度，单位为米(m)，y无表示无水地层的纵向网格长度，单位为米(m)，ρf表示无水地层的密度，单位为kg/m³，cf表示无水地层的比热容，单位为焦耳/(千克·度)，即j/(kg·k)，t表示预设时间间隔，单位为h。式中λf、z无、x无、y无、ρf、cf以及t均为已知参量，可以根据上式确定未知参量t无，即无水地层温度。

其中，该预设时间间隔为预先设定的时间间隔，例如可以将该预设时间间隔设定为0.5h，本领域技术人员可以理解的是，还可以将该预设时间间隔设置为除0.5h之外其他的时间间隔，例如可以该预设时间间隔设定为0.1h或者1h，本发明实施例对此不做特别的限制。

相应的，步骤302，根据地层温度和水泥环的能量变化关系确定水泥环温度，包括：

根据无水地层温度和水泥环的能量变化关系确定水泥环温度。

图4b示出了本发明实施例中提供的同轴型地热井与见水地层的关系示意，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在进一步的实施例中，如图4a所示，同轴型地热井中的水泥环和见水地层邻接。步骤301，根据地层的能量变化关系确定地层温度，包括：

根据见水地层的能量变化关系确定见水地层温度。

在进一步的实施例中，见水地层的能量变化关系可以是见水地层的能量变化方程，见水地层的能量变化方程是指反映见水地层能量变化的方程，该见水地层的能量变化方程包含了见水地层的能量变化。具体的，在根据见水地层的能量变化关系确定见水地层温度时，可以根据下述的见水地层的能量变化方程确定见水地层温度：

其中，见水地层的能量变化方程左侧第一项表示见水地层轴向上的能量传递，左侧第二项表示见水地层横向上的能量传递，左侧第三项表示见水地层径向上的能量传递，左侧第四项表示见水地层的地下水流动引起的对流传热，见水地层的能量变化方程右侧表示见水地层自身的能量变化，即见水地层轴向、横向以及径向上的能量传递共同导致了见水地层自身的能量变化。

其中，λeff表示见水地层的综合导热系数，单位为瓦/米·度，即w/(m·k)；t见表示见水地层温度，z见表示见水地层的轴向网格长度，单位为米(m)，x见表示见水地层的横向网格长度，单位为米(m)，y见表示见水地层的纵向网格长度，单位为米(m)，ρm表示流体的密度，单位为kg/m³，cm表示流体的比热容，单位为焦耳/(千克·度)，即j/(kg·k)，v表示见水地层中的水的流速，单位为米/秒，即m/s；ρeff表示见水地层的综合密度，单位为kg/m³，ceff表示见水地层的综合比热容，单位为焦耳/(千克·度)，即j/(kg·k)，t表示预设时间间隔，单位为h。式中λeff、z见、x见、y见、ρm、cm、v、ρeff、ceff以及t均为已知参量，可以根据上式确定未知参量t见，即见水地层温度。

在本发明实施例中，在确定见水地层温度时，不仅考虑了地层在轴向、横向以及径向上的能量传递，还考虑了见水地层的地下水流动引起的对流传热，更加准确了表达了同轴型地热井在地下水渗流条件下的传热模型。因此，以此得到的见水地层温度为基础确定同轴型地热井的产能，能够进一步提高同轴型地热井产能预测的准确度。

相应的，步骤302，根据地层温度和水泥环的能量变化关系确定水泥环温度，包括：

根据见水地层温度和水泥环的能量变化关系确定水泥环温度。

图5示出了本发明实施例提供的同轴型地热井产能预测的方法中步骤202的实现流程，为便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在进一步的实施例中，如图5所示，步骤202，根据套管温度及环空流体、中心管的能量变化关系，确定环空流体温度与中心管温度的差异，包括：

步骤501，根据套管温度和环空流体的能量变化关系确定环空流体温度；

步骤502，根据环空流体温度和中心管的能量变化关系确定中心管温度；

步骤503，根据环空流体温度和中心管温度确定环空流体温度和中心管温度的差异。

在本发明实施例中，同样的，根据能量守恒定律，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体传递给另一个物体，而且能量的形式可以相互转换。同轴型地热井中的环空流体和中心管流体会产生能量变化，进而可以根据套管温度和环空流体的能量变化关系确定环空流体温度。同样与此相似的，可以进一步根据环空流体温度和中心管的能量变化关系确定中心管温度。在确定同轴型地热井中的环空流体温度和中心管温度后，即可确定环空流体温度和中心管温度的差异。

本发明实施例，根据套管温度和环空流体的能量变化关系确定环空流体温度，根据环空流体温度和中心管的能量变化关系确定中心管温度，根据环空流体温度和中心管温度确定环空流体温度和中心管温度的差异，并以环空流体温度和中心管温度的差异为基础，确定同轴型地热井的产能，可以进一步提高同轴型地热井产能预测的准确度。

图6示出了本发明实施例提供的同轴型地热井产能预测的方法中步骤302的实现流程，为便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在进一步的实施例中，如图6所示，步骤302，根据地层温度和水泥环的能量变化关系确定水泥环温度，包括：

步骤601，根据水泥环的轴向传热、径向传热以及水泥环的能量变化，确定水泥环的能量变化关系；

步骤602，基于水泥环的能量变化关系，利用地层温度确定水泥环温度。

在本发明实施例中，水泥环的能量变化关系可以是水泥环的能量变化方程，水泥环的能量变化方程是指反映水泥环能量变化的方程，该水泥环的能量变化方程包含了水泥环的能量变化。具体的，在根据水泥环的能量变化关系确定水泥环温度时，可以根据下述的水泥环的能量变化方程确定水泥环温度：

且

δt1＝|t1-t2|；

其中，水泥环的能量变化方程左侧第一项表示水泥环轴向上的能量传递，左侧第二项第三项表示水泥环径向上与地层的能量传递，水泥环的能量变化方程右侧表示水泥环自身的能量变化，即水泥环轴向上能量传递、以及径向上与套管、与地层的能量传递共同导致了水泥环自身的能量变化。

其中，λce表示水泥环的导热系数，单位为瓦/米·度，即w/(m·k)，λca表示套管的导热系数，单位为瓦/米·度，即w/(m·k)；λ表示地层的导热系数。当地层为无水地层时，λ为无水地层的导热系数λf；当地层为见水地层时，λ为见水地层的导热系数λeff。t1表示地层温度，即无水地层温度t无或见水地层温度t见。当同轴型地热井外侧为无水地层时，t1为无水地层温度t无；当同轴型地热井外侧为见水地层时，t1为见水地层温度t见。t2表示水泥环温度。δt1表示地层温度与水泥环温度的差异，在一实施例中，δt1表示地层温度与水泥环温度的差值的绝对值。

在进一步的实施例中，水泥环与地层邻接包括：水泥环与第一地层邻接。

z2表示水泥环的轴向网格长度，单位为米(m)，λ34表示水泥环和套管的调和导热系数，单位为瓦/米·度，即w/(m·k)，λ45表示水泥环和地层的调和导热系数，单位为瓦/米·度，即w/(m·k)，r5表示与水泥环邻接的第一地层的直径的一半，r4表示水泥环外径的一半，r3表示套管外径的一半，r2表示套管内径的一半，ρce表示水泥环的密度，单位为kg/m³，cce表示水泥环的比热容，单位为焦耳/(千克·度)，即j/(kg·k)，t表示预设时间间隔，单位为h。式中λ、λca、λce、t1、z2、λ34、λ45、r5、r4、r3、r2、ρce、cce以及t均为已知参量，可以根据上式确定未知参量t2，即水泥环温度。

图7示出了本发明实施例提供的同轴型地热井产能预测的方法中步骤303的实现流程，为便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在进一步的实施例中，如图7所示，步骤303，根据水泥环温度和套管的能量变化关系确定套管温度，包括：

步骤701，根据套管的轴向传热、径向传热以及套管的能量变化，确定套管的能量变化关系；

步骤702，基于套管的能量变化关系，利用水泥环温度确定套管温度。

在本发明实施例中，套管的能量变化关系可以是套管的能量变化方程，套管的能量变化方程是指反映套管能量变化的方程，该套管的能量变化方程包含了套管的能量变化。具体的，在根据套管的能量变化关系确定套管温度时，可以根据下述的套管的能量变化方程确定套管温度：

且δt2＝|t2-t3|；

其中，套管的能量变化方程左侧第一项表示套管轴向上的能量传递，左侧第二项2πr2h1δt2、第三项表示套管径向上与水泥环的能量传递，套管的能量变化方程右侧表示套管自身的能量变化，即套管轴向上能量传递、以及径向上与水泥环、环空流体的能量传递共同导致了套管自身的能量变化。

其中，λca表示套管的导热系数，单位为瓦/米·度，即w/(m·k)，z3表示套管的轴向网格长度，单位为米(m)，h1表示环空流体与套管内壁的对流传热系数，单位为w/(m²·℃)，t2表示水泥环温度，t3表示套管温度，δt2表示水泥环温度和套管温度的差异，在一实施例中，δt2表示水泥环温度与套管温度的差值的绝对值。

λ34表示套管和水泥环的调和导热系数，单位为瓦/米·度，即w/(m·k)，δt表示水泥环温度和地层温度的差值的绝对值，r4表示套管外径的一半，r3表示套管外径的一半，r2表示套管内径的一半，ρca表示套管的密度，单位为kg/m³，cca表示套管的比热容，单位为焦耳/(千克·度)，即j/(kg·k)，t表示预设时间间隔，单位为h。式中λca、z3、h1、λ34、r4、r3、r2、ρca、cca以及t均为已知参量，可以根据上式确定未知参量t3，即套管温度。

图8示出了本发明实施例提供的同轴型地热井产能预测的方法中步骤501的实现流程，为便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在进一步的实施例中，如图8所示，步骤501，根据套管温度和环空流体的能量变化关系确定环空流体温度，包括：

步骤801，根据环空流体的轴向传热、径向传热以及环空流体的能量变化，确定环空流体的能量变化关系；

步骤802，基于环空流体的能量变化关系，利用套管温度确定环空流体温度。

在本发明实施例中，环空流体的能量变化关系可以是环空流体的能量变化方程，环空流体的能量变化方程是指反映环空流体能量变化的方程，该环空流体的能量变化方程包含了环空流体的能量变化。具体的，在根据环空流体的能量变化关系确定环空流体温度时，可以根据下述的环空流体的能量变化方程确定环空流体温度：

且

以及δt3＝|t3-t4|；

其中，环空流体的能量变化方程左侧第一项表示环空流体轴向上的能量传递，左侧第二项2πr1δt3、第三项2πr2h1δt3表示环空流体径向上与水泥环的能量传递，环空流体的能量变化方程右侧表示环空流体自身的能量变化，即环空流体轴向上能量传递、以及径向上与中心管流体、水泥环的能量传递共同导致了环空流体自身的能量变化。

其中，ρm表示流体的密度，单位为kg/m³，cm表示流体的比热容，单位为焦耳/(千克·度)，即j/(kg·k)，q表示在预设时间间隔t内的流体流量，z4表示环空流体的轴向网格长度，单位为米(m)，r1表示中心管流体与中心管管壁的接触热阻，单位为(m·℃)/w。t3表示套管温度，t4表示环空流体温度，δt3表示套管温度与环空流体温度的差异，在一实施例中，δt3表示套管温度和环空流体温度的差值的绝对值。t表示预设时间间隔，单位为h。

λ12表示第一中心管与第二中心管的调和导热系数，单位为单位为瓦/米·度，即w/(m·k)，λ23表示第二中心管与第三中心管的调和导热系数，单位为单位为瓦/米·度，即w/(m·k)，λdp表示中心管的导热系数，单位为瓦/米·度，即w/(m·k)，λair表示空气的导热系数，单位为瓦/米·度，即w/(m·k)。

h1表示环空流体与套管内壁的对流传热系数，单位为w/(m²·℃)，h2表示中心管流体与中心管内壁的对流换热系数，单位为w/(m²·℃)，h3表示环空流体与中心管外壁的对流换热系数，单位为w/(m²·℃)；r1表示第一中心管内径的一半，r2表示套管内径的一半，r11表示第一中心管外径的一半，r12表示第二中心管外径的一半，r13表示第三层中心管外径的一半。式中ρm、cm、q、z4、r1、λ12、λ23、h1、h2、h3、r2、r1、r11、r12、r13以及t均为已知参量，可以根据上式确定未知参量t4，即环空流体温度。

图9示出了本发明实施例提供的同轴型地热井产能预测的方法中步骤502的实现流程，为便于描述，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在进一步的实施例中，如图9所示，步骤502，根据环空流体温度和中心管的能量变化关系确定中心管温度，包括：

步骤901，根据中心管的轴向传热、径向传热以及中心管的能量变化，确定中心管的能量变化关系；

步骤902，基于中心管的能量变化关系，利用环空流体温度确定中心管温度。

在本发明实施例中，中心管的能量变化关系可以是中心管的能量变化方程，中心管的能量变化方程是指反映中心管能量变化的方程，该中心管的能量变化方程包含了中心管的能量变化。具体的，在根据中心管的能量变化关系确定中心管温度时，可以根据下述的中心管的能量变化方程确定中心管温度：

且δt4＝|t4-t5|；

其中，中心管的能量变化方程左侧第一项表示中心管轴向上的能量传递，左侧第二项2πr1δt4表示中心管径向上与环空流体的能量传递，中心管的能量变化方程右侧表示中心管自身的能量变化，即中心管轴向上能量传递、以及径向上与环空流体的能量传递共同导致了中心管自身的能量变化。

其中，ρm表示流体的密度，单位为kg/m³，cm表示流体的比热容，单位为焦耳/(千克·度)，即j/(kg·k)，q表示在预设时间间隔t内的流体流量，z5表示中心管的轴向网格长度，单位为米(m)，r1表示中心管流体与中心管管壁的接触热阻，单位为(m·℃)/w。t4表示环空流体温度，t5表示中心管温度，δt4表示环空流体温度与中心管温度的差异，在一实施例中，δt4表示环空流体温度与中心管温度的差值的绝对值，t表示预设时间间隔，单位为h。式中ρm、cm、q、z5、r1、r1、以及t均为已知参量，可以根据上式确定未知参量t5，即中心管温度。

在确定上述环空流体温度t4、中心管温度t5，以及环空流体温度与中心管温度的差值的绝对值δt4后，可根据下述中的同轴型地热井的取热功率关系，确定同轴型地热井的取热功率(即同轴型地热井的产能)：

q＝ρmcmqδt4；

其中，q表示同轴型地热井的取热功率，ρm表示流体的密度，单位为kg/m³，cm表示流体的比热容，单位为焦耳/(千克·度)，即j/(kg·k)，q表示在预设时间间隔t内的流体流量，δt4表示环空流体温度与中心管温度的差值的绝对值。

本发明实施例中还提供了一种同轴型地热井产能预测的装置，如下面的实施例所述。由于这些装置解决问题的原理与同轴型地热井产能预测的方法相似，因此这些装置的实施可以参见方法的实施，重复之处不再赘述。

图10示出了本发明实施例提供的同轴型地热井产能预测的装置的功能模块，为便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

参考图10，同轴型地热井产能预测的装置所包含的各个模块用于执行图2对应实施例中的各个步骤，具体请参阅图2以及图2对应实施例中的相关描述，此处不再赘述。本发明实施例中，同轴型地热井产能预测的装置包括套管温度确定模块1001、差异确定模块1002以及产能确定模块1003。

所述套管温度确定模块1001，用于根据地层的能量变化关系、同轴型地热井中的水泥环及套管的能量变化关系确定套管温度；同轴型地热井从中心向外依次包括中心管、套管、水泥环，水泥环与地层邻接，环空流体介于中心管和套管之间。

所述差异确定模块1002，用于根据套管温度及环空流体、中心管的能量变化关系，确定环空流体温度与中心管温度的差异。

所述产能确定模块1003，用于根据环空流体温度与中心管温度的差异，确定同轴型地热井的产能。

在本发明实施例中，套管温度确定模块1001根据地层的能量变化关系、同轴型地热井中的水泥环及套管的能量变化关系确定套管温度，差异确定模块1002根据套管温度及环空流体、中心管的能量变化关系，确定环空流体温度与中心管温度的差异，产能确定模块1003根据环空流体温度与中心管温度的差异，确定同轴型地热井的产能。本发明实施例在确定同轴型地热井的产能时，不仅考虑了同轴型地热井自身的能量变化，即地层、水泥环、套管以及中心管的能量变化，同时还考虑了环空流体对同轴型地热井能量变化的影响，即环空流体的能量变化，因此更为准确的表达了同轴型地热井的能量变化，进而可以提高同轴型地热井产能预测的准确度。

图11示出了本发明实施例提供的同轴型地热井产能预测的装置中套管温度确定模块1001的结构示意，为便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

参考图11，所述套管温度确定模块1001所包含的各个单元用于执行图3对应实施例中的各个步骤，具体请参阅图3以及图3对应实施例中的相关描述，此处不再赘述。本发明实施例中，套管温度确定模块1001包括地层温度确定单元1101、水泥环温度确定单元1102以及套管温度确定单元1103。

所述地层温度确定单元1101，用于根据地层的能量变化关系确定地层温度。

所述水泥环温度确定单元1102，用于根据地层温度和水泥环的能量变化关系确定水泥环温度。

所述套管温度确定单元1103，用于根据水泥环温度和套管的能量变化关系确定套管温度。

本发明实施例，地层温度确定单元1101根据地层的能量变化关系确定地层温度，水泥环温度确定单元1102根据地层温度和水泥环的能量变化关系确定水泥环温度，套管温度确定单元1103根据水泥环温度和套管的能量变化关系确定套管温度，并以此确定同轴型地热井的产能，可以进一步提高同轴型地热井产能预测的准确度。

在进一步的实施例中，地层包括无水地层或见水地层。

在进一步的实施例中，同轴型地热井中的水泥环和无水地层邻接。地层温度确定单元1101包括无水地层温度确定子单元。

所述无水地层温度确定子单元，用于根据无水地层的能量变化关系确定无水地层温度。

相应的，水泥环温度确定单元1102，具体用于根据无水地层温度和水泥环的能量变化关系确定水泥环温度。

在进一步的实施例中，同轴型地热井中的水泥环和见水地层邻接。地层温度确定单元1101包括见水地层温度确定子单元。

所述见水地层温度确定子单元，用于根据见水地层的能量变化关系确定见水地层温度。

相应的，水泥环温度确定单元1102，具体用于根据见水地层温度和水泥环的能量变化关系确定水泥环温度。

图12示出了本发明实施例提供的同轴型地热井产能预测的装置中差异确定模块1002的结构示意，为便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

参考图12，所述差异确定模块1002所包含的各个单元用于执行图5对应实施例中的各个步骤，具体请参阅图5以及图5对应实施例中的相关描述，此处不再赘述。本发明实施例中，差异确定模块1002包括环空流体温度确定单元1201、中心管温度确定单元1202以及差异确定单元1203。

所述环空流体温度确定单元1201，用于根据套管温度和环空流体的能量变化关系确定环空流体温度。

所述中心管温度确定单元1202，用于根据环空流体温度和中心管的能量变化关系确定中心管温度。

所述差异确定单元1203，用于根据环空流体温度和中心管温度确定环空流体温度和中心管温度的差异。

本发明实施例，环空流体温度确定单元1201根据套管温度和环空流体的能量变化关系确定环空流体温度，中心管温度确定单元1202根据环空流体温度和中心管的能量变化关系确定中心管温度，差异确定单元1203根据环空流体温度和中心管温度确定环空流体温度和中心管温度的差异，并以环空流体温度和中心管温度的差异为基础，确定同轴型地热井的产能，可以进一步提高同轴型地热井产能预测的准确度。

图13示出了本发明实施例提供的同轴型地热井产能预测的装置中水泥环温度确定单元1102的结构示意，为便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

参考图13，所述水泥环温度确定单元1102所包含的各个子单元用于执行图6对应实施例中的各个步骤，具体请参阅图6以及图6对应实施例中的相关描述，此处不再赘述。本发明实施例中，水泥环温度确定单元1102包括第一确定子单元1301和水泥环温度确定子单元1302。

所述第一确定子单元1301，用于根据水泥环的轴向传热、径向传热以及水泥环的能量变化，确定水泥环的能量变化关系。

所述水泥环温度确定子单元1302，用于基于水泥环的能量变化关系，利用地层温度确定水泥环温度。

图14示出了本发明实施例提供的同轴型地热井产能预测的装置中套管温度确定单元1103的结构示意，为便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

参考图14，所述套管温度确定单元1103所包含的各个子单元用于执行图7对应实施例中的各个步骤，具体请参阅图7以及图7对应实施例中的相关描述，此处不再赘述。本发明实施例中，套管温度确定单元1103包括第二确定子单元1401和套管温度确定子单元1402。

所述第二确定子单元1401，用于根据套管的轴向传热、径向传热以及套管的能量变化，确定套管的能量变化关系。

所述套管温度确定子单元1402，用于基于套管的能量变化关系，利用水泥环温度确定套管温度。

图15示出了本发明实施例提供的同轴型地热井产能预测的装置中环空流体温度确定单元1201的结构示意，为便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

参考图15，所述环空流体温度确定单元1201所包含的各个子单元用于执行图8对应实施例中的各个步骤，具体请参阅图8以及图8对应实施例中的相关描述，此处不再赘述。本发明实施例中，环空流体温度确定单元1201包括第三确定子单元1501和环空流体温度确定子单元1502。

所述第三确定子单元1501，用于根据环空流体的轴向传热、径向传热以及环空流体的能量变化，确定环空流体的能量变化关系。

所述环空流体温度确定子单元1502，用于基于环空流体的能量变化关系，利用套管温度确定环空流体温度。

图16示出了本发明实施例提供的同轴型地热井产能预测的装置中中心管温度确定单元1202的结构示意，为便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

参考图16，所述中心管温度确定单元1202所包含的各个子单元用于执行图9对应实施例中的各个步骤，具体请参阅图9以及图9对应实施例中的相关描述，此处不再赘述。本发明实施例中，中心管温度确定单元1202包括第四确定子单元1601和中心管温度确定子单元1602。

所述第四确定子单元1601，用于根据中心管的轴向传热、径向传热以及中心管的能量变化，确定中心管的能量变化关系。

所述中心管温度确定子单元1602，用于基于中心管的能量变化关系，利用环空流体温度确定中心管温度。

本发明实施例还提供一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述同轴型地热井产能预测的方法。

本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有执行上述同轴型地热井产能预测的方法的计算机程序。

综上所述，本发明实施例根据地层的能量变化关系、同轴型地热井中的水泥环及套管的能量变化关系确定套管温度；同轴型地热井从中心向外依次包括中心管、套管、水泥环，水泥环与地层邻接，环空流体介于中心管和套管之间，根据套管温度及环空流体、中心管的能量变化关系，确定环空流体温度与中心管温度的差异，根据环空流体温度与中心管温度的差异，确定同轴型地热井的产能。本发明实施例在确定同轴型地热井的产能时，不仅考虑了同轴型地热井自身的能量变化，即地层、水泥环、套管以及中心管的能量变化，同时还考虑了环空流体对同轴型地热井能量变化的影响，即环空流体的能量变化，因此更为准确的表达了同轴型地热井的能量变化，进而可以提高同轴型地热井产能预测的准确度。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。