一种用于地热回灌三维温度场监测的模拟试验方法与流程

本发明涉及一种用于地热回灌三维温度场监测的模拟试验方法，涉及地热资源领域的研究。

背景技术：

地热回灌是在开采井抽取地热水，同时在利用后与之具有水力联系的回灌井进行回注，其利用重力作为自然流体的原动力，由抽灌井组的水头差形成渗透水流的驱动力，表现为：以开采井为中心形成地热水位降落漏斗，四周远离开采井水位逐渐较高，地热水形成由四周向开采井的汇流趋势，而回灌井为中心的水位最高，四周逐渐降低，地热水形成由回灌井向四周散流的趋势，如图1所示。

回灌水源一般为利用后的地热水，温度很大程度上低于热储层原有温度，回灌的水源与热储层内地热水混合，温度降低，随着回灌的持续进行，回灌水在运移过程中，一面逐渐混合热储层内高温热水，一面接受大地热源的微弱补给，回灌低温水在回灌井周逐渐形冷却场，冷锋面根据水力梯度向四周不同程度的外延，当冷锋面运移至开采井时，导致开采水温降低，降低到一定程度就会影响地热开发工程的正常使用。因此，回灌温度场特征，关系到采灌工程使用年限，是回灌技术研究工作中的一项重要内容。

在现有技术中，由于地热井施工技术难度相对较大，成本高，采灌井之间很少有同层位地热井存在，采灌过程中，仅能获得采灌井水温，一般在一个或连续几个供暖季内很难检测到水温的变化，或即使周围存在观测井，相对采灌井的方向、位置也有较大差异，在采灌过程中，获得的一次性水温监测数据，均不足以反映漏斗效应作用下热储层地热水温度的空间变化特征。尤其在试验过程中，造成观测出现误差，影响测量的精度，即无法正确判断和获知采灌条件下温度场特征，无法为不同采灌条件下的合理井距研究提供科学合理的数据支撑。

技术实现要素：

为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种用于地热回灌三维温度场监测的模拟试验方法，本发明的技术方案是：

一种用于地热回灌三维温度场监测的模拟试验方法，包括以下步骤：

（1）铺设模拟砂槽，上部采用粘土作为隔水层，下部采用砂岩作为热储层，在砂岩中布设数个压力传感器，并进行编号；

（2）设置贯通隔水层以及热储层的开采井和回灌井，开采井与回灌井之间的间距不小于10m，在开采井和回灌井之间，以及在开采井和回灌井的外围，均匀等距布设同层位的水位监测井；在所述的开采井、回灌井以及水位监测井内布设压力水位计，其中在所述的回灌井以及开采井内安装有压力传感器和温度传感器；所有的压力传感器、压力水位计以及温度传感器均通过数据采集器接入电脑；

（3）配置抽水设备、回灌设备及管路：抽水设备安装在开采井，供水管路与抽水设备连通，分布在开采井；回灌管路分布在回灌井，回灌设备作为水处理设备，安装连接在供水管路与回灌管路之间；

（4）利用电脑记录数据起止时间及频率，模拟试验运行开始，开采井抽水后经过滤器过滤后形成过滤水作为回灌水源，结合水位变化调节流量，再将过滤水回灌至回灌井中，通过温度传感器，获取回灌井中不同时段热储空间温度变化数据，实现对开采井和回灌井温度场的实时三维监测，基于comsol软件，绘制出地热采灌条件下的三维渗流场、水动力场和温度场分布图；

（5）利用获取的温度场监测数据，结合采灌水量、监测井水位动态特征数据，实现对地热水温度场的实时三维监测，获取不同空间位置温度监测数据。

在砂岩中布设数个压力传感器呈网格状分布。

本发明的优点是：改变实际工程中采灌井间、井周没有地热井，或不同平面位置、距离上地热井一次性监测水温的做法，实现了可同时、实时，且垂向、水平向的空间热储温度监测，实现了采灌工程运行中地热水温度场的三维监测，为不同采灌条件下的合理井距研究提供科学合理的数据支撑。

附图说明

图1是本发明中各结构层的布置关系示意图。

图2是图1中热储层的压力传感器的布置示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例来进一步描述本发明，本发明的优点和特点将会随着描述而更为清楚。但这些实施例仅是范例性的，并不对本发明的范围构成任何限制。本领域技术人员应该理解的是，在不偏离本发明的精神和范围下可以对本发明技术方案的细节和形式进行修改或替换，但这些修改和替换均落入本发明的保护范围内。

参见图1和图2，本发明涉及一种用于地热回灌三维温度场监测的模拟试验方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）铺设模拟砂槽，上部采用粘土作为隔水层2，下部采用砂岩作为热储层1，在砂岩中布设数个压力传感器7，并进行编号；

（2）设置贯通隔水层2以及热储层1的开采井4和回灌井3，开采井与回灌井之间的间距不小于10m，在开采井4和回灌井3之间，以及在开采井4和回灌井3的外围，均匀等距布设同层位的水位监测井6（隔水层的外壁5）；在所述的开采井4、回灌井3以及水位监测井6内布设压力水位计；其中在所述的回灌井以及开采井内安装有压力传感器和温度传感器；所有的压力传感器、压力水位计以及温度传感器均通过数据采集器接入电脑；

（3）配置抽水设备、回灌设备及管路：抽水设备安装在开采井，供水管路与抽水设备连通，分布在开采井；回灌管路分布在回灌井，回灌设备作为水处理设备，安装连接在供水管路与回灌管路之间；

（4）利用电脑记录数据起止时间及频率，模拟试验运行开始，开采井抽水后经过滤器过滤后形成过滤水作为回灌水源，结合水位变化调节流量，再将过滤水回灌至回灌井中，通过温度传感器，获取回灌井中不同时段热储空间温度变化数据，实现对开采井和回灌井温度场的实时三维监测，基于comsol软件，绘制出地热采灌条件下的三维渗流场、水动力场和温度场分布图（通过设置热储层参数包括岩石粒径、孔隙度、渗透系数、渗透率、弹性释水系数、采灌井距、采灌量参数进行绘制）；

（5）利用获取的温度场监测数据，结合采灌水量、监测井水位动态特征数据，实现对地热水温度场的实时三维监测，获取不同空间位置温度监测数据，满足采灌温度场特征研究需求，为地热回灌研究提供理论依据。

本发明的工作原理是：利用获取的温度场监测数据，结合采灌水量、监测井水位，建立不同采灌条件下，回灌热储层温度场数值模型，为采灌工程的合理井距、综合布局研究提供科学依据。突破实际采灌工程布局限制，并实现采灌工程运行中对地热水温度场的实时三维监测，获取不同空间位置温度监测数据，监测数据精度相比现有实际工程或观测方法有很大提高。满足采灌温度场特征研究需求，为地热回灌研究提供理论依据。