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油田區地熱發電工程基礎與應用 版權信息
- ISBN：9787030739872
- 條形碼：9787030739872 ; 978-7-03-073987-2
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
油田區地熱發電工程基礎與應用 內容簡介
該書主要介紹與油田地熱發電工程有關的基礎知識以及相關的實用技術，包括**章前言的油區地熱發電的優勢、第二章熱儲的基本概念、第三章常規地熱資源以及油田區地熱資源的評價方法、第四章油田區地熱開發的數值模擬、第五章地熱發電的常規方法與技術、第六章地熱發電的熱動力學過程、第七章油田熱儲溫度的變化規律以及與地熱發電的關系、第八章中低溫地熱發電優選技術、第九章地熱發電成本與效率分析、第十章地熱發電的環境影響。本書的重點主要有兩個方面，一方面是油田地熱發電工程的基礎知識，例如，熱儲的基本概念、油田地熱資源的評價方法等；另外一方面是這些基礎知識在地熱發電工程方面的應用和實踐，包括一些適用于油田中低溫地熱資源條件的近期新發電方法和技術。
油田區地熱發電工程基礎與應用 目錄
目錄
前言
第1章 緒論 1
第2章 地熱工程基礎及常用基本概念 4
2.1 簡介 4
2.2 巖石與流體的基本概念 4
2.2.1 孔隙度 4
2.2.2 潤濕性 5
2.2.3 毛管壓力 7
2.2.4 相對滲透率 8
2.2.5 雙重介質 9
2.3 熱儲的基本概念 10
2.3.1 水熱型地熱資源 10
2.3.2 干熱型地熱資源 11
2.3.3 增強型地熱系統 13
2.3.4 傳導型地熱系統 13
2.3.5 對流型地熱系統 14
2.3.6 地熱溫標 14
2.3.7 地表地熱顯示 16
2.3.8 地熱異常（區） 16
2.4小結 19
參考文獻 19
第3章 主要油田區熱儲溫度的變化規律和地熱資源量 21
3.1 簡介 21
3.2 原始地層（熱儲）溫度的影響因素 21
3.2.1 地殼厚度 22
3.2.2 斷層與裂縫 22
3.2.3 基底起伏 22
3.2.4 蓋層 23
3.2.5 巖漿活動 23
3.2.6 巖性 24
3.2.7 巖石放射性 24
3.3 原始地層溫度的預測方法 24
3.3.1 地熱溫標法 24
3.3.2 鉆孔測溫法 25
3.3.3 Lachenbruch和Brewer方法 26
3.3.4 Horner方法及其改進方法 27
3.4 中國主要油田區儲層溫度的變化規律與熱儲特征 29
3.4.1 華北油田 29
3.4.2 大慶油田 33
3.4.3 遼河油田 35
3.4.4 勝利油田 37
3.4.5 中國主要盆地的地溫梯度 40
3.4.6 中國主要油田的地熱資源 42
3.5小結 43
參考文獻 43
第4章 地熱資源評價方法 45
4.1 前言 45
4.2 地熱資源的計算與評價方法 45
4.2.1 地熱資源量計算 47
4.2.2 地熱水資源計算 53
4.2.3 地熱資源評價方法的優缺點分析 55
4.3 油田伴生地熱資源的計算方法改進 56
4.3.1 計算方法1（常規地熱田標準方法） 57
4.3.2 計算方法2（油田伴生地熱：考慮油氣水飽和度） 57
4.3.3 計算方法3（油田伴生地熱：考慮油氣水飽和度及其變化） 57
4.3.4 地熱資源量計算結果及評價 58
4.4 地熱資源評價軟件 61
4.5 小結 64
參考文獻 65
第5章 地熱開發的數值模擬 66
5.1 簡介 66
5.2 數值模擬基本理論與常用軟件 66
5.2.1 連續介質假設 66
5.2.2 流動方程 69
5.2.3 熱量運移方程及溫度場控制方程 72
5.2.4 常用數值模擬軟件 75
5.3 數值模擬過程與方法 76
5.3.1 數值模擬過程與步驟 76
5.3.2 地質概念模型和網格設計 77
5.3.3 參數賦值 79
5.3.4 邊界配置 81
5.3.5 數值模擬的一些注意事項 81
5.4 不需要輸入相對滲透率實驗數據的數值模擬方法 83
5.4.1 數值模擬的不確定性和存在的問題 83
5.4.2 利用毛管壓力計算相對滲透率的方法 83
5.4.3 不需要輸入相對滲透率實驗數據的數值模擬方法及驗證 85
5.4.4 飽和度函數輸入方法分析與討論 88
5.5 熱儲數值模擬實例 90
5.5.1 留北區塊油田伴生地熱數值模擬的目的和任務 90
5.5.2 數值模擬方案的設置 92
5.5.3 生產數據及井溫等數據的歷史擬合 93
5.5.4 數值模擬結果 95
5.6 小結 97
參考文獻 97
第6章 亞燃燒理論與技術 99
6.1 簡介 99
6.2 火燒油層提高采收率的基本原理 101
6.2.1 火燒油層方法的基本概念 101
6.2.2 催化裂解的三個反應階段 102
6.2.3 催化劑的作用 102
6.3 亞燃燒的基本原理 103
6.3.1 亞燃燒方法的基本概念 103
6.3.2 亞燃燒的機理 103
6.4 高壓注空氣的燃燒實驗 105
6.4.1 高壓注空氣燃燒實驗裝置 105
6.4.2 催化劑對不同原油的催化裂解作用 107
6.4.3 催化劑和高嶺土協同作用下的催化裂解效果 109
6.4.4 催化劑加入方式的對比實驗 112
6.5 微波輔助加熱的亞燃燒實驗 114
6.5.1 微波輔助加熱的原理與優勢 115
6.5.2 微波輔助加熱提高原油采收率的研究概況 116
6.5.3 微波輔助稠油裂解降黏的實驗裝置與實驗步驟 118
6.5.4 催化劑種類對微波輔助稠油裂解降黏效果的影響 119
6.5.5 微波輔助稠油裂解降黏的規律與機理 123
6.6小結 125
參考文獻 126
第7章 儲層改造技術的理論基礎 128
7.1 簡介 128
7.2 熱儲巖石力學與水力壓裂裂縫擴展 129
7.2.1 地應力對水力壓裂的影響 130
7.2.2 儲層巖石變形對水力壓裂裂縫的影響 132
7.2.3 水力壓裂裂縫擴展方式對地熱開發的影響 135
7.2.4 溫度對巖石力學性質的影響 139
7.3 熱儲壓裂液 141
7.4 壓裂裂縫單層支撐劑嵌入理論 142
7.4.1 閉合壓力對單側縫寬減小量的影響 143
7.4.2 支撐劑直徑對單側縫寬減小量的影響 144
7.4.3 支撐劑彈性模量對單側縫寬減小量的影響 144
7.4.4 儲層彈性模量對單側縫寬減小量的影響 145
7.4.5 彈性模量差對單側縫寬減小量的影響 146
7.5 支撐劑擠壓變形理論 149
7.6 壓裂裂縫多層支撐劑嵌入理論 151
7.6.1 支撐劑嵌入深度理論計算 151
7.6.2 支撐劑嵌入量實驗擬合 152
7.7 考慮支撐劑變形和嵌入的裂縫導流能力理論 156
7.7.1 裂縫導流能力理論計算 156
7.7.2 裂縫導流能力實驗擬合 161
7.8 小結 164
參考文獻 164
第8章 油熱電聯產理論與方法 167
8.1 簡介 167
8.2 油熱電聯產理論 168
8.2.1 油熱電聯產的基本概念 168
8.2.2 油田區開發利用地熱的優勢 169
8.2.3 油熱電聯產的基本理論 170
8.2.4 原油生產與地熱開發的異同 171
8.3 提高產能的方法與措施 171
8.3.1 壓裂提液方法 172
8.3.2 壓裂提液對產液量的影響 174
8.3.3 壓裂提液對產液溫度的影響 175
8.4 油熱電聯產技術的產能分析 176
8.4.1 曙光油田的地質背景 177
8.4.2 油熱電聯產的產能計算 177
8.4.3 油熱電聯產的產能分析 177
8.5 油熱電聯產方法與綜合利用 179
8.5.1 油熱電聯產流程 179
8.5.2 油井改造成油熱電聯產井技術 182
8.5.3 熱能的梯級與綜合利用 183
8.6 油熱電聯產過程的數值模擬 184
8.6.1 高壓注空氣數值模擬的數值模型 184
8.6.2 井筒換熱模型的描述 185
8.6.3 油熱電聯產中生產井的模型 188
8.6.4 油熱電聯產過程中的溫度變化規律 190
8.7 油熱電聯產過程中熱伏發電的設計與應用 197
8.7.1 油管結構的改進與熱伏發電裝置的安裝方式 198
8.7.2 油管外壁熱伏發電裝置的溫度與電壓分布 200
8.7.3 井下換熱熱伏發電一體化系統的發電功率 206
8.8 小結 207
參考文獻 207
第9章 地熱發電方法與技術 210
9.1 簡介 210
9.1.1 概述 210
9.1.2 地熱發電現狀 211
9.1.3 中低溫地熱發電的可行性 215
9.2 常規地熱發電方法與技術 216
9.2.1 干蒸汽發電 216
9.2.2 閃蒸發電 217
9.2.3 雙工質發電 220
9.2.4 全流發電 222
9.2.5 復合發電 223
9.3 熱伏發電原理 224
9.3.1 熱伏發電的基本概念 224
9.3.2 塞貝克效應 225
9.3.3 佩爾捷效應 229
9.3.4 湯姆孫效應 232
9.3.5 熱電效應的相互關系：開爾文定律 233
9.3.6 三種熱電效應的應用情況 234
9.4 熱伏發電芯片的結構與數值模擬 235
9.4.1 熱伏發電芯片的結構 235
9.4.2 芯片的數值模擬 236
9.4.3 熱伏發電芯片的實驗測試 238
9.4.4 數值模擬結果的驗證與邊界條件的確定 239
9.4.5 芯片電壓、功率的敏感性分析 240
9.4.6 新型熱伏發電芯片 244
9.5 熱伏發電系統 246
9.5.1 熱伏發電系統的結構與測試裝置 246
9.5.2 熱伏發電系統的實驗測試 247
9.5.3 熱伏發電系統的現場應用 248
9.6 熱伏發電技術與其他發電技術的比較 251
9.6.1 與傳統汽輪機發電技術相比，熱伏發電技術的優點 251
9.6.2 與光伏和風力發電技術相比，熱伏發電技術的優點 252
9.6.3 熱伏發電技術的缺點 252
9.7 小結 252
參考文獻 253
前言
第1章 緒論 1
第2章 地熱工程基礎及常用基本概念 4
2.1 簡介 4
2.2 巖石與流體的基本概念 4
2.2.1 孔隙度 4
2.2.2 潤濕性 5
2.2.3 毛管壓力 7
2.2.4 相對滲透率 8
2.2.5 雙重介質 9
2.3 熱儲的基本概念 10
2.3.1 水熱型地熱資源 10
2.3.2 干熱型地熱資源 11
2.3.3 增強型地熱系統 13
2.3.4 傳導型地熱系統 13
2.3.5 對流型地熱系統 14
2.3.6 地熱溫標 14
2.3.7 地表地熱顯示 16
2.3.8 地熱異常（區） 16
2.4小結 19
參考文獻 19
第3章 主要油田區熱儲溫度的變化規律和地熱資源量 21
3.1 簡介 21
3.2 原始地層（熱儲）溫度的影響因素 21
3.2.1 地殼厚度 22
3.2.2 斷層與裂縫 22
3.2.3 基底起伏 22
3.2.4 蓋層 23
3.2.5 巖漿活動 23
3.2.6 巖性 24
3.2.7 巖石放射性 24
3.3 原始地層溫度的預測方法 24
3.3.1 地熱溫標法 24
3.3.2 鉆孔測溫法 25
3.3.3 Lachenbruch和Brewer方法 26
3.3.4 Horner方法及其改進方法 27
3.4 中國主要油田區儲層溫度的變化規律與熱儲特征 29
3.4.1 華北油田 29
3.4.2 大慶油田 33
3.4.3 遼河油田 35
3.4.4 勝利油田 37
3.4.5 中國主要盆地的地溫梯度 40
3.4.6 中國主要油田的地熱資源 42
3.5小結 43
參考文獻 43
第4章 地熱資源評價方法 45
4.1 前言 45
4.2 地熱資源的計算與評價方法 45
4.2.1 地熱資源量計算 47
4.2.2 地熱水資源計算 53
4.2.3 地熱資源評價方法的優缺點分析 55
4.3 油田伴生地熱資源的計算方法改進 56
4.3.1 計算方法1（常規地熱田標準方法） 57
4.3.2 計算方法2（油田伴生地熱：考慮油氣水飽和度） 57
4.3.3 計算方法3（油田伴生地熱：考慮油氣水飽和度及其變化） 57
4.3.4 地熱資源量計算結果及評價 58
4.4 地熱資源評價軟件 61
4.5 小結 64
參考文獻 65
第5章 地熱開發的數值模擬 66
5.1 簡介 66
5.2 數值模擬基本理論與常用軟件 66
5.2.1 連續介質假設 66
5.2.2 流動方程 69
5.2.3 熱量運移方程及溫度場控制方程 72
5.2.4 常用數值模擬軟件 75
5.3 數值模擬過程與方法 76
5.3.1 數值模擬過程與步驟 76
5.3.2 地質概念模型和網格設計 77
5.3.3 參數賦值 79
5.3.4 邊界配置 81
5.3.5 數值模擬的一些注意事項 81
5.4 不需要輸入相對滲透率實驗數據的數值模擬方法 83
5.4.1 數值模擬的不確定性和存在的問題 83
5.4.2 利用毛管壓力計算相對滲透率的方法 83
5.4.3 不需要輸入相對滲透率實驗數據的數值模擬方法及驗證 85
5.4.4 飽和度函數輸入方法分析與討論 88
5.5 熱儲數值模擬實例 90
5.5.1 留北區塊油田伴生地熱數值模擬的目的和任務 90
5.5.2 數值模擬方案的設置 92
5.5.3 生產數據及井溫等數據的歷史擬合 93
5.5.4 數值模擬結果 95
5.6 小結 97
參考文獻 97
第6章 亞燃燒理論與技術 99
6.1 簡介 99
6.2 火燒油層提高采收率的基本原理 101
6.2.1 火燒油層方法的基本概念 101
6.2.2 催化裂解的三個反應階段 102
6.2.3 催化劑的作用 102
6.3 亞燃燒的基本原理 103
6.3.1 亞燃燒方法的基本概念 103
6.3.2 亞燃燒的機理 103
6.4 高壓注空氣的燃燒實驗 105
6.4.1 高壓注空氣燃燒實驗裝置 105
6.4.2 催化劑對不同原油的催化裂解作用 107
6.4.3 催化劑和高嶺土協同作用下的催化裂解效果 109
6.4.4 催化劑加入方式的對比實驗 112
6.5 微波輔助加熱的亞燃燒實驗 114
6.5.1 微波輔助加熱的原理與優勢 115
6.5.2 微波輔助加熱提高原油采收率的研究概況 116
6.5.3 微波輔助稠油裂解降黏的實驗裝置與實驗步驟 118
6.5.4 催化劑種類對微波輔助稠油裂解降黏效果的影響 119
6.5.5 微波輔助稠油裂解降黏的規律與機理 123
6.6小結 125
參考文獻 126
第7章 儲層改造技術的理論基礎 128
7.1 簡介 128
7.2 熱儲巖石力學與水力壓裂裂縫擴展 129
7.2.1 地應力對水力壓裂的影響 130
7.2.2 儲層巖石變形對水力壓裂裂縫的影響 132
7.2.3 水力壓裂裂縫擴展方式對地熱開發的影響 135
7.2.4 溫度對巖石力學性質的影響 139
7.3 熱儲壓裂液 141
7.4 壓裂裂縫單層支撐劑嵌入理論 142
7.4.1 閉合壓力對單側縫寬減小量的影響 143
7.4.2 支撐劑直徑對單側縫寬減小量的影響 144
7.4.3 支撐劑彈性模量對單側縫寬減小量的影響 144
7.4.4 儲層彈性模量對單側縫寬減小量的影響 145
7.4.5 彈性模量差對單側縫寬減小量的影響 146
7.5 支撐劑擠壓變形理論 149
7.6 壓裂裂縫多層支撐劑嵌入理論 151
7.6.1 支撐劑嵌入深度理論計算 151
7.6.2 支撐劑嵌入量實驗擬合 152
7.7 考慮支撐劑變形和嵌入的裂縫導流能力理論 156
7.7.1 裂縫導流能力理論計算 156
7.7.2 裂縫導流能力實驗擬合 161
7.8 小結 164
參考文獻 164
第8章 油熱電聯產理論與方法 167
8.1 簡介 167
8.2 油熱電聯產理論 168
8.2.1 油熱電聯產的基本概念 168
8.2.2 油田區開發利用地熱的優勢 169
8.2.3 油熱電聯產的基本理論 170
8.2.4 原油生產與地熱開發的異同 171
8.3 提高產能的方法與措施 171
8.3.1 壓裂提液方法 172
8.3.2 壓裂提液對產液量的影響 174
8.3.3 壓裂提液對產液溫度的影響 175
8.4 油熱電聯產技術的產能分析 176
8.4.1 曙光油田的地質背景 177
8.4.2 油熱電聯產的產能計算 177
8.4.3 油熱電聯產的產能分析 177
8.5 油熱電聯產方法與綜合利用 179
8.5.1 油熱電聯產流程 179
8.5.2 油井改造成油熱電聯產井技術 182
8.5.3 熱能的梯級與綜合利用 183
8.6 油熱電聯產過程的數值模擬 184
8.6.1 高壓注空氣數值模擬的數值模型 184
8.6.2 井筒換熱模型的描述 185
8.6.3 油熱電聯產中生產井的模型 188
8.6.4 油熱電聯產過程中的溫度變化規律 190
8.7 油熱電聯產過程中熱伏發電的設計與應用 197
8.7.1 油管結構的改進與熱伏發電裝置的安裝方式 198
8.7.2 油管外壁熱伏發電裝置的溫度與電壓分布 200
8.7.3 井下換熱熱伏發電一體化系統的發電功率 206
8.8 小結 207
參考文獻 207
第9章 地熱發電方法與技術 210
9.1 簡介 210
9.1.1 概述 210
9.1.2 地熱發電現狀 211
9.1.3 中低溫地熱發電的可行性 215
9.2 常規地熱發電方法與技術 216
9.2.1 干蒸汽發電 216
9.2.2 閃蒸發電 217
9.2.3 雙工質發電 220
9.2.4 全流發電 222
9.2.5 復合發電 223
9.3 熱伏發電原理 224
9.3.1 熱伏發電的基本概念 224
9.3.2 塞貝克效應 225
9.3.3 佩爾捷效應 229
9.3.4 湯姆孫效應 232
9.3.5 熱電效應的相互關系：開爾文定律 233
9.3.6 三種熱電效應的應用情況 234
9.4 熱伏發電芯片的結構與數值模擬 235
9.4.1 熱伏發電芯片的結構 235
9.4.2 芯片的數值模擬 236
9.4.3 熱伏發電芯片的實驗測試 238
9.4.4 數值模擬結果的驗證與邊界條件的確定 239
9.4.5 芯片電壓、功率的敏感性分析 240
9.4.6 新型熱伏發電芯片 244
9.5 熱伏發電系統 246
9.5.1 熱伏發電系統的結構與測試裝置 246
9.5.2 熱伏發電系統的實驗測試 247
9.5.3 熱伏發電系統的現場應用 248
9.6 熱伏發電技術與其他發電技術的比較 251
9.6.1 與傳統汽輪機發電技術相比，熱伏發電技術的優點 251
9.6.2 與光伏和風力發電技術相比，熱伏發電技術的優點 252
9.6.3 熱伏發電技術的缺點 252
9.7 小結 252
參考文獻 253
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油田區地熱發電工程基礎與應用 節選
第1章緒論 目前，全球的化石能源面臨兩大問題。一是我國乃至世界上許多油田的含水率已經達到或超過90%，嚴格來講這些油田已經不是傳統意義上的油田，而是“水田”。如何提高這些“油田”的經濟效益是擺在我們面前的一個重要課題。二是化石能源的大量使用造成全球大氣中二氧化碳的濃度不斷升高，溫室效應不斷加劇，使人類的居住環境受到嚴重的威脅。如何解決這一問題也是目前國際上面臨的一個重大挑戰。 地熱資源作為一種可再生的綠色能源，可能成為解決上述問題的重要途徑之一。地熱能是指儲存在地球內部的熱能，在世界很多地區開發和應用地熱能相當廣泛。地熱能作為清潔能源，其特點是不受天氣狀況影響，而太陽能、風能等其他清潔能源則取決于天氣。這一特點使得地熱能具有其他清潔能源無法比擬的穩定性和優勢，因此，地熱能發電（以下簡稱地熱發電）是一種基礎載荷。事實上，由于分布廣泛及具有可調節性，地熱能也可以作為一種分布式能源使用。 世界上*早利用地熱發電的國家是意大利。1904年，意大利人在拉爾代雷洛（Larderello）地熱田建立了世界上**座地熱發電站，功率為550W，開啟了地熱發電的先河。之后，意大利的地熱發電發展到790多兆瓦。20世紀80年代末，全世界運行的地熱發電站的發電功率已超過3800MW，1995年達到6800MW。目前，世界上*大的地熱發電站是美國蓋爾薩斯（Geysers），發電功率達2000MW以上。中國*著名的地熱發電站是羊八井地熱發電站，裝機容量為25MW。到2020年（目前*新統計），世界上約有32個國家先后建立了地熱發電站，總容量已超過15950MW，其中美國3700MW，印度尼西亞2289MW，菲律賓1918MW，土耳其1549MW，肯尼亞1193MW，新西蘭1064MW，墨西哥1005MW，意大利916MW，冰島755MW，日本550MW，中國35MW左右。2015～2020年，全球的地熱發電裝機容量從12284MW增加到15950MW，增加了29.84%。總的來看，世界地熱資源利用的增長速度還是比較快的。在地熱直接利用方面，以總量（不是人均）計算，中國在世界排名**。但是，中國近40多年來地熱發電量增加非常緩慢，這與我國欣欣向榮的經濟發展明顯不相適應。 我國石油等能源資源的供應非常緊缺，而且國際油價飆升不止，這對我國的經濟發展及人民生活造成了巨大壓力。我國許多油氣田具有豐富的中低溫地熱資源，但大部分還沒有有效開發和利用。我國高溫地熱資源在地區構造上處于印度板塊、太平洋板塊和菲律賓板塊的夾持地帶，屬于全球構造活動*強烈的地區之一。中低溫地熱資源分布于板塊內部地殼隆起區和地殼沉降區。東南沿海和膠遼半島地熱帶是我國板內地殼隆起區的中低溫地熱帶，而板內地殼沉降區的中低溫地熱資源主要位于華北、江漢、四川等盆地。值得注意的是，油田區的伴生地熱資源非常豐富，油田中低溫地熱發電技術的開發和利用不僅有助于緩解石油供應的緊張局面，而且有利于二氧化碳的減排；不僅具有經濟效益，而且可改善環境狀況，具有重要的社會效益。 鑒于地熱資源的優越性，《能源發展“十二五”規劃》中明確指出了中國可再生能源的發展目標。不僅如此，《關于促進地熱能開發利用的指導意見》明確了地熱發展的目標，這不僅彰顯了發展地熱工程的重要性，也說明了開展地熱工程的可行性和意義。 2009年，中國工程院完成了《中國能源中長期（2030、2050）發展戰略研究》，對地熱能發展的目標做出了明確的規劃，概要見表1.1。 2021年，我國提出力爭在2030年前實現碳達峰，2060年前實現碳中和，即“雙碳”目標，這對地熱的開發利用將產生重要的推動作用。 目前世界上實際能利用的地熱資源主要限于蒸汽田和熱水田。蒸汽田以蒸汽為主，溫度較高，一般在160℃以上，可將蒸汽田的蒸汽直接引入普通汽輪機發電。熱水田則以熱水為主，溫度較低，一般為50～160℃，需要將地熱水中的熱能采用特殊的換熱技術（如雙工質技術）轉換成蒸汽引入普通汽輪機發電。一般認為75℃以上的地熱可供發電，75℃以下的地熱可供取暖、醫療或生產過程加熱，如冰島首都的絕大部分供暖系統就是直接利用地熱水。地熱發電站既沒有燃料運輸設備，也沒有龐大的鍋爐設備，所以也就沒有灰渣和煙氣對環境的污染，是非常清潔的能源。地熱發電后排出的熱水，可供采暖、醫療、洗滌、提取化學物質和農業養殖等使用。 我國現有的地熱開發與利用技術存在的主要問題是對地熱資源的不科學、破壞性開采。例如，常見的問題有地面沉降、熱儲溫度不可逆降低，有的甚至將地熱水采出取熱后不進行回灌而是直接地面排放，對環境造成污染。 對于地熱開發而言，提高地熱利用的集約化水平和管理水平，是提高地熱利用率、解決地熱資源可持續開發利用的重要途徑。在富熱地區，開發梯級高效利用的集約化技術，降低地熱尾水排放溫度，提高資源利用率，解決環境熱污染問題。在多熱源地區，開發多熱源耦合供熱集約化技術，解決各單一熱源負荷量小、經濟性差、容易造成資源浪費的矛盾。在貧熱地區，開發混合水源聯動運行空調集約化技術，解決單一水源與工程建設需求不相匹配的矛盾。 國內外許多油氣田的產出水都有較高的溫度，甚至超過100℃，這一部分的地熱資源十分豐富，完全可以用來發電。但是，根據我們掌握的資料，目前國際上只有一些利用油田產出水伴生地熱進行發電的實驗性發電站，還沒有商業運行發電站。不過，這些油田伴生地熱資源已經越來越多地受到重視。美國Ormat公司于2007年1月25日簽訂了一個在懷俄明州卡斯珀（Casper）附近的NPR-3油田安裝地熱能發電設備的合同。該油田屬于美國能源部，這個項目的主要目的是利用NPR-3油田中的中低溫產出水發電，并作為一個示范工程，這是世界上**個利用油田中低溫產出水發電的地熱項目。該油田產出水的溫度為87℃左右，先導性發電站的設計發電功率可能在200kW左右，采用風冷方式進行冷卻，發電系統模式為有機蘭金循環（organic Rankine cycle，ORC）方式。該發電機組并入NPR-3油田現有電網，據報道總投資少于100萬美元。 隨著全世界對潔凈能源需求的增長以及科技的進步，將會更多地使用地熱資源，特別是在許多發展中國家地熱資源尤為豐富。為了推動世界地熱發電技術的發展，聯合國專門設立計劃開發署負責地熱開發工作，其主要成員有美國、意大利、新西蘭、日本、中國等。目前，美國在這方面的發展速度比較快，已立項建造幾個大型的地熱發電站。總體上，對利用油田產出水伴生地熱發電和綜合利用進行系統研究和先導性試驗適逢其時，既具有良好的經濟效益又具有很好的社會效益。 第2章地熱工程基礎及常用基本概念 2.1簡介 有關地熱學和地熱工程的基本概念是構成地熱開發體系的基礎，是*基本的理論知識。在日常科研活動中，甚至項目評審與鑒定過程中，都出現過基本概念不清楚的情況。因此，對地熱工程中基本概念的準確理解和掌握無論是對理論的深入理解還是對工程實踐的應用都具有重要意義。 本章介紹一些與地熱相關的巖石與流體的基本概念，以及熱儲的基本概念。需要指出的是，本章介紹的一些基本概念和油氣田開發中的基本相同，因此，本章并不會對一些基本概念進行非常深入的介紹和探討。如果讀者需要，可以參考有關油層物理的教科書。 2.2巖石與流體的基本概念 2.2.1孔隙度 巖石中主要有碎屑顆粒、膠結物或其他固體物質，還有未被固體物質充填的空間，稱為孔隙。自然界不存在沒有孔隙的巖石，只是不同的巖石，其孔隙大小、形狀和發育程度不同。對于水熱型地熱田，熱水儲存和流動于巖石的孔隙中。因此，巖石孔隙的大小、形狀和發育程度直接影響儲存和開發地熱的能力。 1.巖石孔隙度的概念 孔隙度是指巖石中孔隙體積V（或巖石中未被固體物質充填的空間體積）與巖石總體積Vb的比值，用表示，其表達式為 （2.1） 圖2.1形象地表示了巖石總體積Vb（正方形全部區域）、固相顆粒體積（基質體積）Vs及孔隙體積Vp之間的關系。由于巖石的總體積Vb等于基質體積Vs加上孔隙體積Vp，即 （2.2） 故式（2.1）可改寫為 （2.3） 2.熱儲中巖石孔隙度 李克文等研究了不同孔隙度條件下初始含水飽和度對油田區地熱資源量的影響（LiandSun，2015）。如圖2.2所示，當孔隙度小于某一特定值（約5%）時，初始含水飽和度（Swi）對地熱資源量（QR）的影響可以忽略。但是，當孔隙度大于5%時，初始含水飽和度對地熱資源量的影響較為明顯，不能忽略。 除上述結果以外，圖2.2中可以看到，孔隙度在5%、15%、30%的條件下，孔隙度越大，同一初始含水飽和度相對應的油田區地熱資源量越大。 2.2.2潤濕性 潤濕性是指存在兩種互不相溶液體，液體首先潤濕固相表面的能力，即一種液體在一種固體表面鋪展的能力或傾向性。 潤濕性是巖石-流體系統的綜合特性，一般認為潤濕性屬于巖石-流體系統的靜態特性，既與巖石本身的性質有關，也與流體的特性及流體在巖石孔道內的微觀分布和原始分布狀態有關。 地熱的開發，尤其是對干熱巖的開發通常涉及蒸汽、水和巖石三相系統，而潤濕性是研究外來工作液注入（或滲入）熱儲層的基礎，是巖石-流體相互作用的重要特性。了解巖石的潤濕性也是對儲層*基本的認識之一，它是和巖石孔隙度、滲透率、孔隙結構等同樣重要的一個儲層基本特性參數。 在地熱系統中，Horne等（2000）發現在同一塊巖石中蒸汽-水系統和氣-水系統中的相對滲透率不相等。此后，Li和Horne（2004）確定了蒸汽-水系統和氣-水系統中毛管壓力的差別。因此，可以推斷不同的蒸汽-水-巖石系統中的潤濕性也是不同的。 在地熱系統中，潤濕性隨著巖石和流體飽和度的變化而變化。例如，驅替過程中的接觸角小于吸吮過程中的接觸角，相應地，驅替過程中的潤濕性指數大于吸吮過程中的潤濕性指數。針對上述問題，Li和Horne（2008）從理論上推導出了一種評價氣（包括蒸汽）-水-巖石系統潤濕性的新方法，并用實驗數據證明它不僅適用于氣-水-巖石系統，而且適用于液-液-巖石系統。在不同的系統中采用驅替過程和吸吮過程中的毛管壓力和相對滲透率可得到潤濕性指數。通過比較計算的理論值與測定的實驗數據，得出這種方法在大部分的氣-水-巖石系統中是適用的。潤濕性指數的方程為 （2.4） 式中，Wiw為某一潤濕相飽和度下的潤濕性指數；λ為孔隙大小分布指數；k為巖石的絕對滲透率；.為巖石的孔隙度；F為巖性因子（表示擬多孔介質中的天然裂縫巖石的差別）；σ為兩相流體間的界面張力；Pc為某一潤濕相飽和度下的毛管壓力；為標準化的潤濕相飽和度；krw為潤濕相的相對滲透率。 潤濕性指數的值在–1～1區間內變化，從上述方程可以看出，Wiw在數值上等于接觸角的余弦值。一般來說，驅替過程中的接觸角小于吸吮過程中的接觸角，因此，驅替過程中的潤濕性指數大于吸吮過程中的潤濕性指數。如果通過式（2.4）計算出的驅替潤濕性指數大于吸吮潤濕性指數，這將在一定程度上證明采用式（2.4）評價潤濕性是適用的。為此，李克文采用Mahiya（1999）地熱系統中驅替過程和吸吮過程的蒸汽-水相對滲透率與Li和Horne（2001，2005）蒸汽-水毛管壓力數據來計算潤濕性指數。利用這些數據，根據式（2.4）計算出驅替和吸吮潤濕性指數，如圖2.3所示。在蒸汽-水-巖石（Berea砂巖）
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