廢棄油氣井的地熱能開發利用:供暖、發電

地大熱能地熱開發利用：地熱能由于儲量豐富、沒有污染等優點，正成為一種受到廣泛關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采。同時石油、天然氣等的大量開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，也會由于泄露帶來較為嚴重的環境問題。因此，利用廢棄油氣井的地熱資源，不僅可以實現低成本的地熱利用，而且還可以通過對廢棄油氣井的綜合治理來解決其所帶來的環境問題。

據估計全球范圍內存在約２０００－３０００萬口廢棄油氣井，這些廢棄油氣井給周邊的環境帶來了較為嚴重的污染以及安全問題。如果不對廢棄油氣井的井口進行有效地封堵，油井內部的有害氣體以及可燃氣體如二氧化硫、硫化氫、甲烷以及石油烴類等會排放到大氣環境中，在一定程度上對人畜和大氣環境造成巨大的隱患；另外，開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題，未經處理的泄露原油經過降水后進入土壤、河流以及地下水源等，對周圍的土壤環境以及水環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，在原有石油開采井的基礎上，對廢棄油氣井進行改造，將其作為地熱井進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發過程中節約大量的鉆井費用，減少地熱能資源的開發成本，而且在一定程度上對當地的環境污染和安全隱患可以進行有效的治理。因此，利用廢棄油氣井進行地熱能發電將大大提高廢棄油氣井的利用價值，同時也會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行地熱能的開發利用,結構如圖1所示,廢棄井的環空部分作為注入井,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。

通過計算分析廢棄油氣井中流體的流動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,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電也可以供暖和洗浴。

(2)廢棄油氣井地熱系統可以長期穩定運行,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 ℃。存在最優的流速使換熱量和發電量最大。

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