廢棄油氣井的地熱能開(kāi)發(fā)利用:供暖、發(fā)電

地大熱能地熱開(kāi)發(fā)利用：地熱能由于儲量豐富、沒(méi)有污染等優(yōu)點(diǎn)，正成為一種受到廣泛關(guān)注的可持續清潔能源。然而，巨大的鉆井成本在一定程度上限制了地熱資源的開(kāi)采。同時(shí)石油、天然氣等的大量開(kāi)采形成了大量廢棄油氣井，這些廢棄油氣井如果不能得到有效治理，也會(huì )由于泄露帶來(lái)較為嚴重的環(huán)境問(wèn)題。因此，利用廢棄油氣井的地熱資源，不僅可以實(shí)現低成本的地熱利用，而且還可以通過(guò)對廢棄油氣井的綜合治理來(lái)解決其所帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題。

據估計全球范圍內存在約２０００－３０００萬(wàn)口廢棄油氣井，這些廢棄油氣井給周邊的環(huán)境帶來(lái)了較為嚴重的污染以及安全問(wèn)題。如果不對廢棄油氣井的井口進(jìn)行有效地封堵，油井內部的有害氣體以及可燃氣體如二氧化硫、硫化氫、甲烷以及石油烴類(lèi)等會(huì )排放到大氣環(huán)境中，在一定程度上對人畜和大氣環(huán)境造成巨大的隱患；另外，開(kāi)采結束后的廢棄油氣井還存在不同程度的殘留石油泄露問(wèn)題，未經(jīng)處理的泄露原油經(jīng)過(guò)降水后進(jìn)入土壤、河流以及地下水源等，對周?chē)耐寥拉h(huán)境以及水環(huán)境造成了不可逆轉的污染破壞。

另一方面，現有研宄表明大量的廢棄油氣井所處的區域常常是地熱能資源十分豐富的地區，其內部存儲了十分巨大的可利用地熱能資源。因此，在原有石油開(kāi)采井的基礎上，對廢棄油氣井進(jìn)行改造，將其作為地熱井進(jìn)行再利用具有十分重要的意義，不僅可以將地熱能轉化為機械能和電能加以利用，還可以在地熱能資源開(kāi)發(fā)過(guò)程中節約大量的鉆井費用，減少地熱能資源的開(kāi)發(fā)成本，而且在一定程度上對當地的環(huán)境污染和安全隱患可以進(jìn)行有效的治理。因此，利用廢棄油氣井進(jìn)行地熱能發(fā)電將大大提高廢棄油氣井的利用價(jià)值，同時(shí)也會(huì )成為一種廢棄油氣井綜合治理和有效利用地熱能資源的新方式。

廢棄油氣井的地熱利用指的是將廢棄的油井或氣井改造為地熱井進(jìn)行地熱能的開(kāi)發(fā)利用,結構如圖1所示,廢棄井的環(huán)空部分作為注入井,井底封死,中心管作為采出井。流體從注入井流入,到達井底后反向從采出井流出,流體通過(guò)注入井的外壁和巖石換熱。采出井的外壁覆蓋保溫層,減少流體采出過(guò)程的溫降。廢棄油氣井改造為地熱井操作容易,只需將井底封死,另外加上保溫層即可。

通過(guò)計算分析廢棄油氣井中流體的流動(dòng)換熱以及流體和巖石的熱交換,得到如下結論:

(1)廢棄油氣井中地熱能的獲得主要受流體的流量和地溫梯度的影響。地溫梯度分別為25、45和65 K/km時(shí),最大換熱量分別為184.12、394.22和604.96 kW。獲得的熱水既可以發(fā)電也可以供暖和洗浴。

(2)廢棄油氣井地熱系統可以長(cháng)期穩定運行,對于Tg =45 K/km的工況,第一年和第八年末采出井口流體的溫度分別為100.38和99.48 ℃,僅差0.9 ℃。存在最優(yōu)的流速使換熱量和發(fā)電量最大。

(3)經(jīng)濟效益好。對于Tg=45 K/km的單井,發(fā)電的經(jīng)濟收益為63 510元/年,同時(shí)還可以產(chǎn)生溫度為61.02 ℃,流量為3.95 t/h的熱水。