El fenómeno y análisis del aumento dinámico del nivel del agua en la perforación profunda en agua caliente.
La Figura 4-4 muestra las curvas de rendimiento de producción de algunos pozos subterráneos de perforación de agua caliente en Tianjin en 1997 y 1998. Excepto por unos pocos pozos que no producen agua caliente (como el Pozo XQ-05), la temperatura del agua y el nivel del agua de la mayoría de los pozos aumentan con el aumento del volumen de producción y disminuyen con la disminución del volumen de producción. Es decir, después de que comienza la extracción con agua caliente a finales de octubre de cada año, el nivel del agua y la temperatura del agua de pozo en la mayoría de los pozos de perforación aumentan rápidamente, lo cual es significativamente más alto que el nivel estático del agua y la temperatura del agua de pozo antes de la extracción, y sube y baja con la aumento o disminución del volumen de extracción Después de que el volumen de extracción disminuyó rápidamente y se detuvo a principios de abril de 2018, el nivel del agua y la temperatura del agua del pozo también cayeron rápidamente y básicamente regresaron a los niveles previos a la extracción. Por ejemplo, antes de la extracción del pozo HX-31 en 1997, la temperatura del agua del pozo era de 15,5 °C y el nivel estático del agua correspondiente era de -45,3 m. Después de la extracción, la temperatura del agua del pozo alcanzó los 84 °C y la dinámica correspondiente. El nivel del agua fue de -10,01 m, es decir, la diferencia de temperatura en la boca del pozo antes y después de la extracción fue de 68,5 °C, y el nivel del agua dinámico fue de -10,01 m. El nivel del agua es 35,29 m más alto que el nivel del agua tranquila. La diferencia máxima de temperatura en la boca del pozo observada en el pozo NK-10 antes y después de la extracción fue de 61,2 °C. En este momento, el nivel de agua dinámico era 49,82 m más alto que el nivel de agua estático. Estos datos para el pozo HX-09 fueron de 42,6 °C. 20.54m, y para el Pozo HX-25 fueron 63.9°C y 22.27m. Este fenómeno de que el nivel de agua dinámico en el pozo es más alto que el nivel de agua estático a menudo se puede observar en el proceso de perforación y extracción de agua caliente subterránea profunda (Chen Guofu et al., 1997; Murray, 1996), pero no ocurre así. ocurren al perforar y bombear agua en acuíferos poco profundos de temperatura normal.
En la dinámica del agua subterránea, la altura del nivel del agua en el pozo se puede utilizar para representar la magnitud de la presión en el fondo del pozo. Cuando la perforación deja al descubierto un acuífero confinado, el nivel del agua en el pozo se eleva hasta una cierta altura. Supongamos que la profundidad desde la superficie libre del líquido hasta el fondo del pozo es h. Si se utiliza la presión atmosférica como punto de referencia, la presión del fondo del pozo expresada en forma de gravedad es una simulación numérica tridimensional. de migración de agua caliente subterránea profunda
En la fórmula: P——Presión del fondo, MPa o presión atmosférica;
ρ——Densidad del agua, kg/m3;
g——Aceleración de la gravedad, su valor es 9,81 m/s2;
h——La distancia desde el nivel del líquido hasta el fondo del pozo, m.
La ecuación (4-1) se puede utilizar para calcular la presión del fondo del pozo cuando la densidad del agua del pozo es constante y es adecuada para aguas superficiales y aguas subterráneas poco profundas con baja temperatura del agua y pequeños cambios.
Para agua caliente subterránea profunda, la temperatura de la columna de agua en el pozo es relativamente alta o cambia mucho de arriba a abajo. Dado que la densidad del agua cambia con el cambio de temperatura, no es adecuado. Utilice la ecuación (4-1). Se sabe en física que la densidad del agua disminuye a medida que aumenta su temperatura. Por ejemplo, cuando la temperatura del agua es de 20 °C, la densidad del agua es de 998,23 kg/m3. , la densidad del agua es respectivamente 983,19 y 965,34 kg/m3. Por lo tanto, se debe tener en cuenta esta variación y en su lugar se debe utilizar la densidad promedio de la columna de líquido en el pozo. En segundo lugar, el agua también tiene compresibilidad, pero su compresibilidad es muy pequeña. Por ejemplo, el coeficiente de compresibilidad volumétrica del agua a 20 °C es 4,74 × 10-6 N/cm2. Si la temperatura del agua permanece sin cambios y la presión aumenta en 10 MPa, la El volumen de agua sólo se reducirá aproximadamente 0,5 , y el coeficiente de compresibilidad volumétrica del agua también disminuye a medida que aumenta la temperatura del agua (Xue Yuqun, 1986). Por lo tanto, se puede ignorar la influencia de la compresibilidad del agua y se puede utilizar la siguiente fórmula para calcular aproximadamente la presión de fondo del pozo de perforación profunda con agua caliente:
Simulación numérica tridimensional de agua caliente subterránea profunda migración
Figura 4-4 (1) Parte de la curva dinámica de producción y perforación de agua caliente del lecho de roca
La abscisa es el tiempo (enero de 1997 a diciembre de 1998); la ordenada es la temperatura del agua del pozo (℃), la mitad inferior es la elevación del cabezal del pozo (m)
Figura 4-4 (2) Parte de la curva dinámica de producción y perforación con agua caliente del lecho de roca
La abscisa es el tiempo (enero de 1997 ~ diciembre de 1998); la mitad superior de la ordenada es la temperatura del agua del pozo (℃) y la mitad inferior es la elevación del nivel del agua del pozo (m)
En el fórmula: ρk——la densidad del agua correspondiente a la temperatura del agua del pozo, kg/m3;
ρB——La densidad del agua correspondiente a la temperatura del agua del fondo del pozo, kg/m3.
Antes de la perforación profunda con agua caliente, el agua del pozo está en un estado estático. La presión del fondo del pozo en este momento es la presión hidrostática, que se llama presión estática del fondo del pozo. igual que la temperatura del depósito térmico, y La temperatura del agua del pozo está cerca de la temperatura de referencia local, es decir, hay una gran diferencia entre la temperatura del agua del pozo y la temperatura del agua del fondo del pozo en condiciones de agua tranquila. Al perforar un pozo para extraer agua caliente a un determinado caudal, la temperatura del agua caliente cae muy poco desde el fondo del pozo hasta la boca del pozo. Es decir, en condiciones dinámicas del agua, la diferencia entre la temperatura del agua del pozo. y la temperatura del agua del fondo es muy pequeña. La presión del fondo del pozo en este momento se llama presión de flujo del fondo del pozo. Obviamente, la presión que fluye en el fondo del pozo es siempre menor que la presión estática en el fondo del pozo. Suponiendo que la presión de flujo de fondo del pozo A y la presión estática de fondo del pozo B son las mismas, entonces el nivel de agua dinámico del pozo A es mayor que el nivel de agua estático del pozo B. Para el mismo pozo de perforación, cuando la diferencia de temperatura entre la boca del pozo y el fondo del pozo es grande en condiciones de agua estática, incluso si la presión de flujo del fondo del pozo es menor que la presión estática del fondo del pozo en condiciones de minería, el nivel dinámico del agua en el pozo puede ser más alto que su nivel de agua estático. Se supone que la altura h de la columna de agua en el pozo es la misma en condiciones de agua tranquila y dinámica. Sin embargo, debido a que la diferencia de temperatura entre la boca del pozo y el fondo del pozo en condiciones de agua estática es mayor que la diferencia de temperatura. entre la boca del pozo y el fondo del pozo en condiciones dinámicas de agua, la densidad promedio de la columna de agua en el pozo en condiciones estáticas de agua es mayor que en condiciones dinámicas de agua. La densidad promedio de la columna de agua en el pozo, por lo que el fondo del pozo. La presión bajo las dos condiciones es diferente. Convierta esta diferencia de presión en la altura de la columna de agua en condiciones dinámicas del agua, que es el valor por el cual el nivel dinámico del agua es mayor que el nivel estático del agua, que se puede llamar nivel dinámico del agua. Valor de aumento del nivel del agua. Obviamente, cuanto mayor sea la altura de la columna de agua en el pozo (o la profundidad de entierro del depósito térmico) y la diferencia de temperatura entre el fondo y la boca del pozo en condiciones de agua estática, mayor será el aumento dinámico del nivel del agua causado por el agua caliente. perforación.
Ahora se supone que la temperatura del agua del pozo en condiciones estáticas del agua es igual a la temperatura de referencia local, y que la temperatura del agua en el fondo del pozo es igual al valor calculado en base al gradiente geotérmico normal. de 3 ℃ / 100 m La diferencia de temperatura del agua caliente desde el fondo del pozo hasta la boca del pozo durante el proceso de minería es de 2 a 3 ° C, y considerando que la temperatura del agua del fondo en condiciones de agua dinámicas y estáticas es la misma. , se puede calcular el posible valor de aumento dinámico del nivel del agua a cualquier altura de la columna de agua y temperatura del agua del fondo del pozo en condiciones de agua estática, lo que se denomina valor de aumento dinámico. Tomando la ciudad de Tianjin como ejemplo, la temperatura base local es de 13,5 °C. En condiciones dinámicas del agua, cuando 1000 = h <2000 m, la diferencia de temperatura entre el fondo y la boca del pozo es de 2 °C. La diferencia de temperatura entre el fondo y la boca del pozo es de 3 ℃, el posible aumento máximo en el nivel dinámico del agua se puede calcular a diferentes alturas estáticas de la columna de agua h y las temperaturas del agua del fondo del pozo enumeran algunos resultados de los cálculos. Por ejemplo, cuando h = 1800 m, la temperatura del agua del fondo es de 67,5 °C y la temperatura del agua del pozo es de 13,5 °C. En condiciones dinámicas del agua, la temperatura del agua del pozo puede alcanzar los 65,5 °C y el aumento máximo en el agua dinámica. el nivel es 17,46 m; cuando h = 2800 m, la temperatura del agua del fondo es 13,5 °C. A 97,5 ℃, los resultados del cálculo muestran que el nivel dinámico del agua puede ser 54,32 m más alto que el nivel estático del agua. Usando el mismo método para calcular la temperatura del agua del pozo HX-31 (h=2270m) durante el proceso de extracción de agua caliente de 15.5°C a 84°C, el valor de aumento dinámico del nivel del agua correspondiente es 35.20m, que es el igual que los 35,29 m medidos. Extremadamente cerca.
Los fenómenos anteriores y los resultados de los cálculos muestran que en la perforación profunda con agua caliente, debido a la diferencia en la temperatura del agua entre la boca del pozo y el fondo, la densidad del agua cambia la altura de la columna de agua en el pozo. cambia con la diferencia de temperatura En condiciones de minería, el nivel dinámico del agua tiene un valor creciente y, a medida que aumenta la profundidad de entierro del depósito térmico y aumenta la temperatura del agua, el nivel dinámico del agua. Por lo tanto, el nivel del agua en este pozo de perforación ya no se puede utilizar para cálculos hidrodinámicos relevantes y se debe utilizar la presión del fondo del pozo.
Tabla 4-2 Valor de aumento dinámico del nivel de agua para perforación subterránea profunda con agua caliente Unidad: m