深部煤层伴生废热新模式开发及适用性分析

张彦廷，张 晧，王 林，徐敬玉，綦耀光，黄 峥

(1.中国石油大学(华东)机电工程学院，青岛 266580；2.河南科技大学土木工程学院，洛阳 471003；3.上海昊姆节能科技有限公司，上海 200335)

随着煤层地质的研究探索，现已探明1 000～2 000 m的深部煤层气资源量达到了22.5×1012m3，占到了现有2 000 m以浅煤层气资源量的61.1%[1]。根据现有深部煤层的开发研究表明，深部煤层具有“高温、高储层应力、低渗透率”等特点[2-4]，以此深部煤层气及煤层伴生水均有高温、高压等特点，在开采过程中不但开发难度大，且高温产物开发过程相对浅部煤层的开发还具有一定的安全隐患。为此，希望可以结合地面热泵技术，一方面将深部煤层高温、高压产物的能量利用起来，另一方面可解决将高温、高压产物伴生的安全隐患问题。

通过分析具体区块深部煤层及其产物的自身特征，对比深、浅煤层气在开发过程中的差异，探讨将深部煤层气开发中的废热进行有效利用，并规划热泵系统的作业环境，分析不同工况下热泵系统以煤层伴生废热为热源的热力学性能。按照地层温度规律，将储层为90 ℃划为临界点，分别将储层温度90 ℃以下的低温储层与储层温度90～150 ℃的中温储层的废热作为热源[5]，研究储层工质携带废热在井筒内的变化规律及热泵系统在该环境下的适用性分析。建立出热泵系统模型，对具体工况下热泵利用煤层伴生废热的能效系数及制热量进行评判分析。

1 深部煤层工质携废热的热能预测

地热开发通过将地下的热量提取出地面进行开发利用，具备环保、高效等特性[6-8]，于是考虑将地热开发技术运用在深部煤层气的排采作业中，需要考虑深部煤层产物的可用热量是否值得进行地热开发。……