(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111344181.6 (22)申请日 2021.11.15 (71)申请人 吉林大学 地址 130000 吉林省长 春市前进大街269 9 号 (72)发明人 姜振蛟　张思宇　 (74)专利代理 机构 长春市吉利专利事务所(普 通合伙) 22206 代理人 王楠楠　李晓莉 (51)Int.Cl. E21B 43/30(2006.01) E21B 47/00(2012.01) F24T 10/20(2018.01) G06F 30/27(2020.01) (54)发明名称 一种适合于大规模水热型地热资源开采的 布井方法 (57)摘要 本发明提出了一种适合于大规模水热型地 热资源开采的布井方法， 属于地热能开采领域， 包括根据研究区范围以及实际水文地质条件建 立三维水热耦合数值模型； 确定三维水热耦合数 值模型的边界条件和模拟地层的水热传递参数； 根据研究区当地的地热资源需求确定供应设计 目标； 在所述研究区设计不同的布井方案； 根据 所述供应设计目标， 利用三维水热耦合数值模型 进行模拟， 模拟并对比不同的布井方案下地下水 水位波动和出水温度， 确定最佳的布井方案为本 发明所设计的分列交替式布井模式。 本发明考虑 了天然水热运动过程与人工注采过程之间相互 作用， 最大程度的维持地下水水位， 保障注采量 之间均衡， 且保持工程使用周期内出水温度稳定 不变。 权利要求书2页 说明书5页 附图5页 CN 114016992 A 2022.02.08 CN 114016992 A 1.一种适 合于大规模水 热型地热资源开采的布井方法， 其特 征在于， 包括： 根据研究区范围以及实际水文地质条件建立 三维水热耦合数值模型； 确定三维水 热耦合数值模型的边界条件和模拟地层的水 热传递参数； 根据研究区当地的地热资源需求确定供应设计目标； 所述供应设计目标包括地热水供 应量、 开采井水头下降幅度、 开采井出水温度、 需求年限内的水位下降幅度和温度下降幅 度； 在所述研究区设计不同的布井方案， 所述布井方案包括集中布井模式和分散开采模 式， 集中布井模式包括分列交替式布井模式和同心 圆环状式布井模式； 所述分列 交替式布 井模式包括多个开采井和多个回灌井， 多个开采井排列为包括至少两个开采井行和至少两 个开采井列的矩阵； 多个回灌井排列为至少 两个回灌井行和至少 两个回灌井列的矩阵， 各 开采井行与各回灌井行交替布置， 同一行中任意两个开采井之 间的距离为D， 同一行中任意 两个回灌井之间的距离为L， 列方向上相邻的开采井行和回灌井行之间的距离为U； 开采井 列和回灌井列延伸方向垂直于地下水流向， 回灌井列布设于开采井列上游方向； 所述同心 圆环状布井模式的布井方式为 开采井外围布设回灌井的同心圆环状式布井方式； 根据所述供应设计目标， 利用三维水热耦合数值模型进行模拟， 模拟并对比不同的布 井方案下地下水水位波动和出水温度， 确定最佳的布井方案为所述的分列交替式布井模 式。 2.根据权利要求1所述的适合于大规模水热型地热资源开采的布井方法， 其特征在于： 所述三维水热耦合数值模型的水流 运动方程 为： 其中， S为储水系数， 单位1/m， h为水头， 单位m， t为时间， 单位d， xi为i方向距离， 单位m， qi为i方向流速， Kij为渗透系数， 单位m/d， fμ为粘滞性方程， ej为方向向量， xj为j方向距离， 单位m， ρ 为 流体密度， 单位 kg/m3， ρ0为参考温度条件下的流体密度， 单位 kg/m3； 所述三维水热耦合数值模型的热量传输控制方程 为： 其中， C为等效体积比热容， 单位MJ/m3/K； λ为热传导系数， 单位W/m/K； 代表热量权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114016992 A 2随时间变化项， 代表热传导控制下的热量传输项， 代表对流控制下的热 量传输项， μ为粘滞系数， 单位为Pa ·S， β 代表热膨胀系数， 通常取10‑41/℃； T0为参考温度， T 为流体温度； fμ为粘滞性方程； μ0为参考温度条件下的粘滞系数， 单位 为Pa·S。 3.根据权利要求1所述的适合于大规模水热型地热资源开采的布井方法， 其特征在于： 所述三维水热耦合数值模型的边界条件为模型北侧设置为补给边界， 东西 两侧为零流量边 界， 南侧为定水头边界， 水位值与当地水库水位值一致， 模型顶部设置为定温边界， 温度为 当地平均气温， 底部设置为热通 量边界， 按当地大地热流 值设置。 4.根据权利要求1所述的适合于大规模水热型地热资源开采的布井方法， 其特征在于： 所述水热传递参数包括 渗透系数、 孔隙度、 比热容和导热系数。 5.根据权利要求1所述的适合于大规模水热型地热资源开采的布井方法， 其特征在于： 所述回灌井放置在开采井的上游120 0m处。 6.根据权利要求1所述的适合于大规模水热型地热资源开采的布井方法， 其特征在于： 所述D为3 50m， L为1000m， U为120 0m。 7.根据权利要求1所述的适合于大规模水热型地热资源开采的布井方法， 其特征在于： 所述分列交替式布井模式布井范围在10km2以内。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114016992 A 3