废弃油气井的地热能开发利用:供暖、发电

地大热能地热开发利用：地热能由于储量丰富、没有污染等优点，正成为一种受到广泛关注的可持续清洁能源。然而，巨大的钻井成本在一定程度上限制了地热资源的开采。同时石油、天然气等的大量开采形成了大量废弃油气井，这些废弃油气井如果不能得到有效治理，也会由于泄露带来较为严重的环境问题。因此，利用废弃油气井的地热资源，不仅可以实现低成本的地热利用，而且还可以通过对废弃油气井的综合治理来解决其所带来的环境问题。

据估计全球范围内存在约２０００－３０００万口废弃油气井，这些废弃油气井给周边的环境带来了较为严重的污染以及安全问题。如果不对废弃油气井的井口进行有效地封堵，油井内部的有害气体以及可燃气体如二氧化硫、硫化氢、甲烷以及石油烃类等会排放到大气环境中，在一定程度上对人畜和大气环境造成巨大的隐患；另外，开采结束后的废弃油气井还存在不同程度的残留石油泄露问题，未经处理的泄露原油经过降水后进入土壤、河流以及地下水源等，对周围的土壤环境以及水环境造成了不可逆转的污染破坏。

另一方面，现有研宄表明大量的废弃油气井所处的区域常常是地热能资源十分丰富的地区，其内部存储了十分巨大的可利用地热能资源。因此，在原有石油开采井的基础上，对废弃油气井进行改造，将其作为地热井进行再利用具有十分重要的意义，不仅可以将地热能转化为机械能和电能加以利用，还可以在地热能资源开发过程中节约大量的钻井费用，减少地热能资源的开发成本，而且在一定程度上对当地的环境污染和安全隐患可以进行有效的治理。因此，利用废弃油气井进行地热能发电将大大提高废弃油气井的利用价值，同时也会成为一种废弃油气井综合治理和有效利用地热能资源的新方式。

废弃油气井的地热利用指的是将废弃的油井或气井改造为地热井进行地热能的开发利用,结构如图1所示,废弃井的环空部分作为注入井,井底封死,中心管作为采出井。流体从注入井流入,到达井底后反向从采出井流出,流体通过注入井的外壁和岩石换热。采出井的外壁覆盖保温层,减少流体采出过程的温降。废弃油气井改造为地热井操作容易,只需将井底封死,另外加上保温层即可。

通过计算分析废弃油气井中流体的流动换热以及流体和岩石的热交换,得到如下结论:

(1)废弃油气井中地热能的获得主要受流体的流量和地温梯度的影响。地温梯度分别为25、45和65 K/km时,最大换热量分别为184.12、394.22和604.96 kW。获得的热水既可以发电也可以供暖和洗浴。

(2)废弃油气井地热系统可以长期稳定运行,对于Tg =45 K/km的工况,第一年和第八年末采出井口流体的温度分别为100.38和99.48 ℃,仅差0.9 ℃。存在最优的流速使换热量和发电量最大。

(3)经济效益好。对于Tg=45 K/km的单井,发电的经济收益为63 510元/年,同时还可以产生温度为61.02 ℃,流量为3.95 t/h的热水。