本發明專利技術公開了一種分析地熱流體在管道內結垢情況的方法，包括采集裝置和模擬系統，所述分析方法包括：（1）采集地熱流體樣品，并分離為水樣和氣樣；（2）分別分析水樣的溶液離子成分和氣樣的氣體組分；（3）配置模擬液和模擬氣體；（4）向高溫高壓反應釜通入模擬氣體和模擬液；（5）氣體與模擬液混合反應形成模擬所需的地熱流體；（6）模擬地熱流體在結垢模擬管道內發生結垢；（7）初步分析地熱流體中的離子組成；（8）分析流體成分；（9）判斷結垢趨勢；（10）觀察結垢狀態、計算結垢速率、判斷結垢位置與結垢量、確認結垢產物成分。本發明專利技術通過系統與方法相結合，具有模擬效果明顯，分析更加準確，更符合地熱井中實際生產情況的特點。合地熱井中實際生產情況的特點。合地熱井中實際生產情況的特點。
【技術實現步驟摘要】
一種分析地熱流體在管道內結垢情況的方法
[0001]本專利技術涉及地熱流體管道內結垢情況分析
，具體地說，是涉及一種分析地熱流體在管道內結垢情況的方法。
技術介紹
[0002]地熱資源有著清潔環保、儲量大、分布廣的特征，是重要的清潔能源，可用于發電、供暖、制冷等。目前，全球范圍內直接利用地熱能的國家約有88個，而我國對地熱能的年利用量約為443492TJ，在近十年來一直位列全球第一（羅寧等，2021），若能發揮地熱能相較于石油能源低碳的優勢，將對我國能源轉型、優化能源結構、實現碳達峰、碳中和具有重要意義。我國地熱資源豐富，目前已探明地熱資源總量約占全球地熱資源總量的8%，相當于4000多億噸標準煤（尹玉龍，2018）。傳統水熱型地熱資源發電潛力為6700MW，位列世界第3，但總裝機容量排在世界第19位，可見，當前地熱資源開發利用現狀與資源總量嚴重不符，有著巨大的發展潛力（Zhao et al., 2020）。
[0003]目前地熱行業方興未艾，地熱能的發展仍受到開采技術等多方面因素影響，在地熱開發利用時，因深埋地下的地熱流體礦化度較高，其中存在大量二氧化硅、硫化物、硅酸鹽、碳酸鹽等易發生腐蝕、結垢的礦物質，在流體運移過程中，隨著溫壓條件的改變，極易因化學失衡而析出沉淀物，并以結垢物的形式吸附在管壁上，成為嚴重制約地熱開采與利用效率的地熱井結垢問題。根據不同的地熱區地熱流體性質的不同，其管道中形成的結垢物類型也有所區別，根據結垢物成分大致可分為碳酸鹽垢、硫酸鹽垢以及硅酸鹽垢。在我國，地熱資源豐富且地熱結垢較為嚴重的當屬川藏地區，其地熱資源以中低溫為主，經取樣分析后發現結垢類型以碳酸鹽垢為主。地熱井管道結垢會使得管道橫截面積降低，流體運移通道范圍縮小，流動阻力增大，出水率降低，設備運轉效率下降，能耗增加，熱能傳遞效率降低，嚴重的還會損害儀器，嚴重影響地熱的生產與運輸，如Los Humeros 地熱井由于井筒內碳酸鈣結垢，蒸氣產量由38 t/h降至4 t/h，新星公司在甘孜州的DZK02地熱井也存在嚴重的碳酸鈣結垢問題，雖然通過空心捅井器進行機械捅井除垢在一定程度上能緩解結垢問題，但效率仍然很低。
[0004]可見，落后的智能化水平已難以滿足當下能源轉型對深部熱儲開發利用的需求。并且，結垢嚴重的地熱區還會封堵地熱井使其作廢，如西藏那曲地熱井因結垢問題而停運（王大宏等，2002），所以，頻繁的地熱井防垢與除垢工作極大地提高了地熱資源利用的成本，降低了地熱資源的利用效率，不利于新時代下的能源轉型。
[0005]因此，地熱井結垢問題成為了亟待解決的難題。當前，眾多學者通過地化手段分析了不同地熱區地熱水物理化學性質，判斷地熱水結垢腐蝕趨勢。還有部分學者通過室內實驗模擬來刻畫地熱井結垢過程，并結合軟件模擬地熱開采過程中流體運移狀態，來定性判斷結垢位置、結垢量，從結垢機理上對地熱井結垢過程達成較為清晰的認識，從而達到解決地熱井結垢的目的，如張恒等利用美國地質調查局研發的PHREEQC 2.8軟件，使用水文地球化學模擬技術，對康定地區高溫地熱井井筒結垢機理進行了研究。盡管前人在地熱結垢方
面進行了大量地化分析以及數值模擬研究，但在地熱水結垢高溫高壓實驗模擬上仍缺少相應研究，究其原因，主要是受限于地熱流體的高溫高壓狀態難以模擬。
[0006]此外，還有學者研發了結垢模擬裝置，以便于研究和分析地熱井結構問題，如中國專利文獻CN204116315U提供了一種用于模擬結垢的實驗裝置，該裝置包括溫度調節箱、反應容器、觀測系統，用于模擬石油開采管道中采出液的結垢以及使用阻垢劑后的溶垢過程，該裝置在模擬油管道結垢上效果顯著。但是，該設備其受限于裝置結構與設定，溫壓條件僅適合于油管管道中的低溫低壓環境，并不能用于模擬地熱井中高溫高壓環境，地熱流體在地下深部閃蒸點時會第一次大量析出沉淀物形成結垢腐蝕堵塞管道，隨著模擬實驗溫度壓力的升高，對裝置的構成與材料選擇都更為嚴苛，因而該裝置無法滿足模擬地熱流體在地下深部時的溫度壓力狀態。中國專利文獻CN113006768A則公開了一種氣井結垢模擬裝置，該裝置包括氣體與液體儲存裝置以及結垢模擬管，結垢模擬管串聯管道之間使用的是節流閥，能夠起到節流降壓的效果，但是卻忽略了管道之間流體在不同溫壓條件下的交互會使得二者成分發生改變，從而影響了模擬結果，并且需要指出，若按照文獻CN113006768A中的模擬方法，使用采集的地熱流體進行模擬，則無法模擬地下管道閃蒸點處結垢情況，只能模擬流體在流體采集點之后可能發生的結垢情況。同時，上述兩種方案還存在一個共性問題，即：如果每次實驗結果都更換所用反應結垢管道，拆卸清洗管道，操作更為復雜，將會使得實驗成本大大上升，經濟效益低。如果實驗結束之后不更換管道，那么流體對管道的腐蝕破壞會影響后續的結垢模擬，以及如若管道的結垢物并不能完全清除，這就會使得最后實驗結果中結垢量的計算以及除垢劑除垢效果的判斷有一定誤差。
[0007]綜上可見，由于地熱流體在開采過程中其溫壓條件是不斷變化的，這也是地熱井管道結垢的主要影響因素，因此，模擬地熱流體結垢的關鍵在于模擬管道中的流動過程中的溫壓狀態改變對流通性質的影響。也就是說，需要在模擬和分析方案上有所突破，才能準確模擬并分析高溫高壓條件下地熱流體由儲層至地表的過程中在管道內的結垢情況。
技術實現思路
[0008]本專利技術的目的在于提供一種分析地熱流體在管道內結垢情況的方法，能夠準確模擬和分析高溫高壓條件下地熱流體由儲層至地表的過程中在管道內的結垢情況。
[0009]為實現上述目的，本專利技術采用的技術方案如下：一種分析地熱流體在管道內結垢情況的方法，包括以下步驟：（1）采集地熱流體樣品，并分離為水樣和氣樣；（2）分別分析水樣的溶液離子成分和氣樣的氣體組分；（3）根據分析結果，使用PHREEQC軟件反演地下儲層地熱流體成分，再根據反演結果配置相應的模擬液，同時，根據氣體組分配置模擬氣體；（4）使模擬氣體與模擬液混合反應形成模擬所需的地熱流體，并模擬地熱流體在管道內發生結垢，然后分析地熱流體中的離子組成和流體成分；（5）根據流體成分，使用PHREEQC軟件計算流體中各物質形態以及礦物飽和度指數；（6）循環步驟（4）、（5）五至十次，根據各物質形態以及礦物飽和度指數判斷結垢趨勢，然后將管道卸下，觀察結垢狀態，并稱量管道反應前后重量，計算結垢速率，同時，對管
道內等距刮取結垢產物，以判斷結垢位置與結垢量，并使用XRD對結垢產物成分進行分析，確認結垢產物成分，完成地熱流體在管道內結垢情況的分析。
[0010]具體地，所述步驟（4）包括以下步驟：（41）利用氣體輸入裝置向反應釜釜體內通入模擬氣體，并利用液體進樣裝置向反應釜釜體內通入模擬液；（42）利用操作控制臺控制反應釜釜體內的溫度和攪拌速度，使模擬氣體與模擬液混合反應形成模擬所需的地熱流體；（43）利用操作控制臺分別控制第一結垢模擬管道總成和與之結構完全相同的第二結垢模擬管道總成，使二者形成逐級遞減的溫度和壓力條件，以模擬地熱流體由地表采集處的溫壓條件至后續管本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種分析地熱流體在管道內結垢情況的方法，其特征在于，包括以下步驟：（1）采集地熱流體樣品，并分離為水樣和氣樣；（2）分別分析水樣的溶液離子成分和氣樣的氣體組分；（3）根據分析結果，使用PHREEQC軟件反演地下儲層地熱流體成分，再根據反演結果配置相應的模擬液，同時，根據氣體組分配置模擬氣體；（4）使模擬氣體與模擬液混合反應形成模擬所需的地熱流體，并模擬地熱流體在管道內發生結垢，然后分析地熱流體中的離子組成和流體成分；（5）根據流體成分，使用PHREEQC軟件計算流體中各物質形態以及礦物飽和度指數；（6）循環步驟（4）、（5）五至十次，根據各物質形態以及礦物飽和度指數判斷結垢趨勢，然后將管道卸下，觀察結垢狀態，并稱量管道反應前后重量，計算結垢速率，同時，對管道內等距刮取結垢產物，以判斷結垢位置與結垢量，并使用XRD對結垢產物成分進行分析，確認結垢產物成分，完成地熱流體在管道內結垢情況的分析。2.根據權利要求1所述的一種分析地熱流體在管道內結垢情況的方法，其特征在于，所述步驟（4）包括以下步驟：（41）利用氣體輸入裝置向反應釜釜體內通入模擬氣體，并利用液體進樣裝置向反應釜釜體內通入模擬液；（42）利用操作控制臺控制反應釜釜體內的溫度和攪拌速度，使模擬氣體與模擬液混合反應形成模擬所需的地熱流體；（43）利用操作控制臺分別控制第一結垢模擬管道總成和與之結構完全相同的第二結垢模擬管道總成，使二者形成逐級遞減的溫度和壓力條件，以模擬地熱流體由地表采集處的溫壓條件至后續管道中的溫壓條件變化，然后地熱流體依次流過第一結垢模擬管道總成和第二結垢模擬管道總成；（44）利用液體成分分析儀初步分析流經第二結垢模擬管道總成后的地熱流體中的離子組成；（45）利用第二氣水分離器對地熱流體進行氣水分離，然后分別收集氣體和液體，用于分析流體成分。3.根據權利要求2所述的一種分析地熱流體在管道內結垢情況的...
【專利技術屬性】
技術研發人員：霍飛，文華國，李亮，阮蘊博，王迎春，
申請(專利權)人：成都理工大學，
類型：發明
國別省市：
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