地热单井取热主要聚焦于“取热不取水”的地热开采新方法。本书系统介绍了地热单井取热系列方法的取热原理、参数影响规律、现场应用等方面的理论基础与最新研究成果。全书共7章，分别介绍地热单井取热方法、单井井下换热器参数优化与结构设计、单井同轴套管闭式循环取热机理与参数、单井同轴套管开式循环取热机理与参数、多分支井自循环地热系统取热原理与参数、多分支井闭式循环地热系统产能预测与参数、单井取热方法室内实验等内容。
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前言
第1章 地热单井取热方法 1
1.1 概述 1
1.2 单井井下换热器地热系统 2
1.3 单井同轴套管闭式循环地热系统 3
1.4 单井同轴套管开式循环地热系统 4
1.5 多分支井自循环地热系统 4
1.6 多分支井闭式循环地热系统 6
1.7 中心保温管技术 7
第2章 单井井下换热器参数优化与结构设计 10
2.1 流动传热模型建立 10
2.1.1 换热器流动传热模型 10
2.1.2 储层流体流动模型 12
2.1.3 井筒和储层传热模型 13
2.1.4 边界条件设置 13
2.1.5 有限元网格划分 14
2.2 取热原理分析 15
2.2.1 温度场分布特征 15
2.2.2 流场分布特征 17
2.2.3 出口温度变化规律 18
2.3 取热效果影响参数研究 19
2.3.1 储层孔隙度影响规律 19
2.3.2 导热系数影响规律 20
2.3.3 地层水流速影响规律 21
2.3.4 地层水流动方向影响规律 21
2.4 换热器结构优化设计 22
2.4.1 换热器结构 22
2.4.2 并联换热器取热特征 24
2.4.3 串联换热器取热特征 26
2.4.4 螺旋管换热器取热特征 29
2.4.5 不同结构换热器取热效果对比 31
2.5 取热工质优选 32
2.5.1 取热工质介绍 32
2.5.2 单 U形管取热效果对比 33
2.5.3 双 U形管取热效果对比 34
2.5.4 螺旋管取热效果对比 35
第3章 单井同轴套管闭式循环取热机理与参数 38
3.1 井筒与储层流动传热模型 38
3.1.1 井筒流动传热方程 38
3.1.2 储层流动传热方程 39
3.2 流场与温度场分布规律 39
3.3 运行参数对取热效果影响研究 42
3.3.1 地层水流速 42
3.3.2 工质排量 43
3.3.3 入口温度 44
3.3.4 固井水泥导热系数 44
3.3.5 地层导热系数 45
3.3.6 取热工质种类 46
3.4 高导热水泥技术 47
3.4.1 实验材料与实验方法 47
3.4.2 抗压强度评价 50
3.4.3 导热系数评价 51
3.5 单井同轴套管闭式循环取热现场试验研究 61
3.5.1 试验井概况 61
3.5.2 试验设备 62
3.5.3 现场试验程序 63
3.5.4 试验结果与分析 66
第4章 单井同轴套管开式循环取热机理与参数 69
4.1 流动传热模型建立 69
4.1.1 模型假设 69
4.1.2 流动传热模型 69
4.1.3 初始和边界条件 70
4.1.4 模型设置与网格划分 70
4.2 储层温度场特征分析 72
4.3 工艺参数对取热效果影响研究 73
4.3.1 排量影响规律 73
4.3.2 入口温度影响规律 75
4.3.3 注采间距影响规律 76
4.4 储层物性对取热效果影响研究 77
4.4.1 孔隙度影响规律 77
4.4.2 渗透率影响规律 78
第5章 多分支井自循环地热系统取热原理与参数 80
5.1 地热储层和井筒耦合流动传热模型 80
5.1.1 模型假设 80
5.1.2 二氧化碳物性模型 81
5.1.3 地热储层的热流固耦合模型 82
5.1.4 储层和井筒耦合流动传热模型 86
5.1.5 几何模型与网格划分 89
5.1.6 随机离散裂缝网络 92
5.1.7 边界条件设置 93
5.2 取热机理分析 93
5.2.1 取热效果评价参数 93
5.2.2 储层热流固耦合特性 94
5.2.3 岩石变形对取热的影响 101
5.3 二氧化碳井筒流动传热规律 103
5.3.1 二氧化碳井筒温度和压力分布规律 104
5.3.2 保温段长度影响规律 108
5.3.3 井筒尺寸影响规律 110
5.3.4 井筒深度影响规律 115
5.4 二氧化碳与水取热效果对比 116
5.4.1 二氧化碳与水物性对比 117
5.4.2 二氧化碳与水取热效果对比 119
5.5 多分支井与垂直对井取热对比 127
5.6 参数影响规律研究 130
5.6.1 储层物性参数 130
5.6.2 分支井结构参数 134
5.6.3 注采参数 139
5.6.4 裂缝特征参数 142
第6章 多分支井闭式循环地热系统产能预测与参数 158
6.1 地热系统产能预测模型 158
6.1.1 模型假设 158
6.1.2 井筒流动传热数学模型 158
6.1.3 几何模型 159
6.1.4 初始和边界条件 160
6.2 分支井筒和地层温度场分布特征 161
6.3 工艺参数对取热效果的影响 162
6.3.1 注入排量影响规律 162
6.3.2 保温管导热系数影响规律 165
6.4 井筒结构参数对取热效果的影响 166
6.4.1 分支井数量影响规律 166
6.4.2 分支井眼尺寸影响规律 167
第7章 单井取热方法室内实验 169
7.1 地热多功能流动传热系统研制 169
7.1.1 实验系统设计思路 169
7.1.2 实验系统模块与组成 169
7.2 多分支井自循环取热特征实验研究 173
7.2.1 实验方案与实验流程 174
7.2.2 生产参数影响规律实验研究 176
7.2.3 分支井结构参数影响规律实验研究 179
7.3 多分支井与单井同轴套管开式循环地热系统取热对比 181
参考文献 184
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