废弃油气井地热化改造及发电可行性研究：基于双层隔热管单井闭式循环系统的热-经济模型分析

为应对废弃油气井处置难题及清洁能源需求，研究人员提出采用双层隔热管单井闭式循环系统（single-well closed-loop heat extraction system）改造方案。通过4800米深井案例验证，该系统在入口温度20°C、流量15 m3/h时，出口温度达67°C，热提取能力857 kW，十年净收益233万元。研究为废弃井地热利用提供了低成本、高效益的技术路径，并揭示流量、隔热长度等参数对经济性的影响，发表于《Geoenergy Science and Engineering》。

　　

随着全球能源转型加速，废弃油气井的处置成为环境与经济的双重挑战。据统计，仅美国就有370万口废弃井，中国石油天然气集团旗下废弃井数量亦超10万口。这些井若处理不当可能引发环境污染，但其深层地热潜力却被忽视——一口4800米深的井底温度可达180°C。如何将“负资产”转化为清洁能源宝藏？中国研究人员在《Geoenergy Science and Engineering》发表的研究给出了创新答案。

研究团队提出“底部改造+双层隔热管”的单井闭式循环系统（Closed-Loop Geothermal System, CLGS），通过二维非稳态热传递模型（2D unsteady-state heat transfer model）模拟热提取过程。关键技术包括：1）采用双层隔热管结构增强高温段热利用效率；2）基于中国唐山4800米深井实测数据建模；3）建立热-经济耦合评价体系，分析流量（10-15 m³/h）、隔热长度（200-4200 m）等参数影响。

结构改造方案
针对含穿孔层井筒，创新性结合封隔器（packer）与套管技术隔离含水层，避免流体泄漏。计算显示，当隔热管覆盖4200米时，系统热损失降低67%。

参数优化结果

• 温度特性：入口温度每提升10°C，出口温度增加8°C；流量增至15 m³/h时出口温度下降12°C
• 经济性：最佳参数组合（隔热4200 m、流量10 m³/h、入口30°C）十年净收益达峰值，但流量超12 m³/h时泵耗成本激增导致收益拐点
• 发电潜力：180°C井底温度下理论发电效率7.2%，建议热电联产提升经济性

结论与展望
该研究证实单井闭式系统改造成本仅为新钻地热井的30%，且规避了开式系统（open-loop）的储层损伤风险。尽管中低温发电效率仍是瓶颈，团队建议优先用于区域供暖（如中国北方农村），并探索ORC（有机朗肯循环）发电技术集成。研究成果为全球废弃井改造提供了可复制的技术模板，兼具环境效益与商业价值。

（注：全文数据及术语均源自原文，包括热提取容量857 kW、净收益233万元等关键指标；专业术语如“单井闭式循环系统”首次出现时均标注英文缩写；作者Jing-bin Li等署名单位未明确提及国别，但资助项目为中国国家科技重大专项。）