高温地热生产井碳酸钙结垢定量评价：两相流动

雷宏武; 白冰; 崔银祥; 谢迎春; 李进; 侯学文

doi:10.3799/dqkx.2022.164

地球科学 ›› 2023, Vol. 48 ›› Issue (03) : 923 -934. DOI: 10.3799/dqkx.2022.164

高温地热生产井碳酸钙结垢定量评价：两相流动

雷宏武 ¹ ,
白冰 ¹ ,
崔银祥 ¹ ,
谢迎春 ² ,
李进 ³ ,
侯学文 ³

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Quantitative Assessment of Calcite Scaling of a High Temperature Geothermal Production Well: Two-Phase Flow

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摘要

高温地热生产井碳酸钙结垢定量评价涉及到复杂的物理和化学过程，其中井筒中的两相流研究是评价的基础.本文首先基于质量守恒、能量守恒和动量守恒方程，建立了CO₂-H₂O体系井筒两相相变稳定流动模型，提出了稳健的求解方法，并验证了其计算结果的可靠性.然后，在西藏羊八井地热田典型井开展了静止和放喷状态下的井筒中的温度和压力测试，并结合放喷试验，采用开发的模型成功评价了高温地热生产井筒两相流动过程.结果显示：气相和液相之间的速度差对井筒中温度和压力的分布有决定性的影响，不考虑气相和液体之间的速度差，会使模型计算结果远远偏离测量值.在开采速率19.10 kg/s的条件下，计算的井口温度和压力分别约为128 ℃和2.6 bar；井口的气相质量分数在6%~7%之间，对应的井口气相饱和度约为0.84；从闪蒸点往上大概20~30 m气相和液相中CO₂质量分数变化较为剧烈，也是碳酸钙结垢严重井段.