孔彦龙-EES：地热井间距多大合适？

  回灌是水热型地热田可持续开采的必由之路。那么回灌井应该布置在开采井的什么的位置？回灌井与开采井之间开采井距多大，最为合适？

  中国科学院地质与地球物理研究所孔彦龙副研究员、庞忠和研究员与德国亥姆霍兹环境研究中心的邵亥冰博士、Olaf Kolditz教授针对以上问题，开展联合研究，建立了水热型采灌井布局的优化方法。该方法主要分为两个步骤（见图1）：第一步是基于热田的地热地质概念模型，耦合地下水流和热传导两个过程，建立数值模型，输出不同采灌布局下的温压响应；第二步是根据温压的改变计算由其带来的经济损失（成本），从而以经济最优为目标函数，给出最优采灌布局（包括布局方位和井间距）。该方法第二步独立于第一步，使得计算较为灵活简便，运算速度快。

    图1 采灌井布局优化方法流程图与原理

  中德双方的科研人员，以我国北方某碳酸岩型地热田为例，采用上述方法确定了对井采灌模式下的回灌井布局。首先将回灌井分别布置在开采井的上下游，对比分析回灌井的方位对热田开采的影响。图2a表明，如果没有采取回灌措施，50年后热储压力下降200 kPa，而在有回灌井的情况下，热储压力下降则小于60 kPa。无论将回灌井布置在开采井的上游还是下游，热储压力下降非常接近。这说明，开采井的水位对回灌非常敏感，但是对回灌井在上游和下游的位置并不敏感。图2b则说明，在回灌井布置在开采井上游的时候，50年后热储温度下降达18 °C；而回灌井布置在开采井下游的时候，50年后热储温度下降仅为12°C。因此，相对于压力下降，温度下降对回灌井所处的位置更加敏感。

图2 不同采灌井布局（P：无回灌井；PR：回灌井布置在开采井下游；RP：回灌井布置在开采井上游）

下50年后的热储温度与压力变化

  中德双方科研人员进一步分析了采灌井距对开采成本的影响。将回灌井布置在开采井下游，井距分别设置为100 m, 200 m, 300 m…1000 m，对比起成本变化。图3展示了在不同采灌井距下，50年内热储温度与压力对采灌的响应。从中可以发现，当采灌井距大于300 m的时候，温度变化对井距变化不敏感，这说明有一个采灌井距的边界距离，当大于这个距离的时候，注入的冷水在给定的时间内，对开采井温度影响不大。从计算得到的成本中可以看出，最优井距为400m，其产生的额外成本最低，约为17.9百万元（图3）。

　图3 不同采灌井距下的温度与成本变化

  以上研究成果发表在国际地学杂志《Environmental Earth Sciences》上（Kong Y., Pang Z., Shao H., Kolditz. O., 2017.Optimization of well-doublet placement in geothermal reservoirs using numerical simulation and economic analysis, Environmental Earth Sciences, 76: 118, doi:10.1007/s12665-017-6404-4）。