[发明专利]一种模拟地热井碳酸盐结垢的系统及其模拟方法有效

专利信息
申请号: 202211146939.X 申请日: 2022-09-21
公开(公告)号: CN115236119B 公开(公告)日: 2022-12-20
发明(设计)人: 文华国;霍飞;李亮;王迎春 申请(专利权)人: 成都理工大学
主分类号: G01N25/00 分类号: G01N25/00;G01N33/00
代理公司: 成都众恒智合专利代理事务所(普通合伙) 51239 代理人: 王育信
地址: 610059 四川*** 国省代码: 四川;51
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摘要:
搜索关键词: 一种 模拟 地热 碳酸盐 结垢 系统 及其 方法
【说明书】:

本发明公开了一种模拟地热井碳酸盐结垢的系统及其模拟方法,包括:气体输入装置,用于通入模拟所需的反应气体;液体进样装置,用于通入模拟所需的反应流体;高温高压反应釜,用于实现气体与液体混合反应形成模拟所需的地热流体;管道结垢模拟装置,用于模拟地热流体在管道内的结垢;操作控制台,用于控制调整高温高压反应釜、管道结垢模拟装置各自的温度和压力;液体成分分析仪,用于初步分析地热流体中的离子组成;气水分离器,用于对地热流体进行气水分离,以便分析流体成分组成,从而确定模拟情况。本发明能够很好地实现高温高压条件下地热井碳酸盐结垢的模拟,为后续地热井开发除垢、阻垢提供参考。

技术领域

本发明涉及地热流体管道内结垢模拟技术领域,具体地说,是涉及一种模拟地热井碳酸盐结垢的系统及其模拟方法。

背景技术

地热资源有着清洁环保、储量大、分布广的特征,是重要的清洁能源,可用于发电、供暖、制冷等。目前,全球范围内直接利用地热能的国家约有88个,而我国对地热能的年利用量约为443492TJ,在近十年来一直位列全球第一(罗宁等,2021),若能发挥地热能相较于石油能源低碳的优势,将对我国能源转型、优化能源结构、实现碳达峰、碳中和具有重要意义。我国地热资源丰富,目前已探明地热资源总量约占全球地热资源总量的8%,相当于4000多亿吨标准煤(尹玉龙,2018)。传统水热型地热资源发电潜力为6700MW,位列世界第3,但总装机容量排在世界第19位,可见,当前地热资源开发利用现状与资源总量严重不符,有着巨大的发展潜力(Zhao et al., 2020)。

目前地热行业方兴未艾,地热能的发展仍受到开采技术等多方面因素影响,在地热开发利用时,因深埋地下的地热流体矿化度较高,其中存在大量二氧化硅、硫化物、硅酸盐、碳酸盐等易发生腐蚀、结垢的矿物质,在流体运移过程中,随着温压条件的改变,极易因化学失衡而析出沉淀物,并以结垢物的形式吸附在管壁上,成为严重制约地热开采与利用效率的地热井结垢问题。根据不同的地热区地热流体性质的不同,其管道中形成的结垢物类型也有所区别,根据结垢物成分大致可分为碳酸盐垢、硫酸盐垢以及硅酸盐垢。在我国,地热资源丰富且地热结垢较为严重的当属川藏地区,其地热资源以中低温为主,经取样分析后发现结垢类型以碳酸盐垢为主。地热井管道结垢会使得管道横截面积降低,流体运移通道范围缩小,流动阻力增大,出水率降低,设备运转效率下降,能耗增加,热能传递效率降低,严重的还会损害仪器,严重影响地热的生产与运输,如Los Humeros 地热井由于井筒内碳酸钙结垢,蒸气产量由38 t/h降至4 t/h,新星公司在甘孜州的DZK02地热井也存在严重的碳酸钙结垢问题,虽然通过空心捅井器进行机械捅井除垢在一定程度上能缓解结垢问题,但效率仍然很低。

可见,落后的智能化水平已难以满足当下能源转型对深部热储开发利用的需求。并且,结垢严重的地热区还会封堵地热井使其作废,如西藏那曲地热井因结垢问题而停运(王大宏等,2002),所以,频繁的地热井防垢与除垢工作极大地提高了地热资源利用的成本,降低了地热资源的利用效率,不利于新时代下的能源转型。

因此,地热井结垢问题成为了亟待解决的难题。为此,有学者研发了结垢模拟装置,以便于研究和分析地热井结构问题,如中国专利文献CN204116315U提供了一种用于模拟结垢的实验装置,该装置包括温度调节箱、反应容器、观测系统,用于模拟石油开采管道中采出液的结垢以及使用阻垢剂后的溶垢过程,该装置在模拟油管道结垢上效果显著。但是,该设备其受限于装置结构与设定,温压条件仅适合于油管管道中的低温低压环境,并不能用于模拟地热井中高温高压环境,地热流体在地下深部闪蒸点时会第一次大量析出沉淀物形成结垢腐蚀堵塞管道,随着模拟实验温度压力的升高,对装置的构成与材料选择都更为严苛,因而该装置无法满足模拟地热流体在地下深部时的温度压力状态。中国专利文献CN113006768A则公开了一种气井结垢模拟装置,该装置包括气体与液体储存装置以及结垢模拟管,结垢模拟管串联管道之间使用的是节流阀,能够起到节流降压的效果,但是却忽略了管道之间流体在不同温压条件下的交互会使得二者成分发生改变,从而影响了模拟结果。

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