宁武盆地深部煤储层地温场特征及其对含气性的影响

温度是影响深部煤储层含气性的重要因素,继而影响深部煤层气的开发效果。因此,明确煤储层地温条件及其对深部煤储层含气性的影响是系统认识深部煤层气富集特征及生产规律的关键。宁武盆地太原组9号煤层埋深大于1000 m的面积占比超过90%,盆地腹部煤层埋深基本大于1500 m,最大埋深超过2500 m,属于典型的深部煤层气。以宁武南区块为例,基于井温测井数据、实验测试数据、录井资料及试井资料,确定宁武南煤储层地温场特征及其对含气性的影响效应。结果显示,宁武南区块9号煤储层温度为15.5~40.1℃,与煤层埋深具有显著的正相关性,地温梯度为1.27~1.95℃/hm,平均为1.52℃/hm,显示出低地温场特征。研究区煤储层含气饱和度为40.1%~93.7%,平均为71.7%,显示出深部煤储层低含气饱和度的特征。随着埋藏深度的增加,较低的地温梯度使得研究区煤储层温度增加缓慢,导致在相似埋深下,温度对研究区深部煤储层吸附能力的负效应显著低于大宁-吉县、临兴等深部煤层气区块,使得研究区煤储层吸附气向游离气的转换深度加深且转换比例降低。低地温条件是影响研究区深部煤层含气性的重要因素之一,继而影响其可开采程度。在深部煤层气的勘探开发中应重视煤储层地温条件的研究。

中深层地热井地温影响规律及预测方法

中深层地热井初始地层温度、原始地温梯度是影响中深层地热井换热量计算的重要参数,在完井后短时间内所测得的井温并不能真实反映初始地层温度,也不能反映原始地温梯度。为准确地获取初始地层温度、原始地温梯度,通过分析测井数据发现由于钻探过程中钻井液循环致使井筒内部上下温差变小,导致未静井时获取的地温梯度偏低,需要增加静置时间才能保证所测初始地温的准确性和可靠性,但在实际工程中长时间增加钻孔静置时间是难以实现的。结果表明:通过对钻井液循环过程中传热分析可以获得钻柱内钻井液温度与地温梯度的关系式;在建立钻井液与地层瞬态传热解析解模型的基础上,计算出静置较短时间后井内钻井液温度,获得其与完井后所测试的井内钻井液温度的相关系数,可以快速地计算出原始地温梯度、初始地层温度。通过与文献中数据以及测井结果对比,验证了所提出方法的准确性,可为中深层地热井与岩层换热的分析提供准确数据,对中深层地热井换热性能研究具有实际意义。

中国大陆地区深度1000m以内地温基础数据库的建立

通过对已发布的中国大陆地区共1451个地温测点实测数据的整理分析,基于ArcGIS平台建立了地温测点信息数据库,可输入任意地理坐标,查询该坐标点指定范围内的测点信息。在ArcGIS平台利用已有测点数据,应用普通克里金(Kriging)插值法在整个中国大陆地区进行空间插值,得到100m空间分辨率的大地热流预测值与深度1000m以内的地温梯度预测值,并将预测值补充到数据库中,形成了完整的地温基础数据库,可用于查询任意地点的热流值与深度1000m以内的地温梯度值。探讨了影响地温分布的主要因素,为修正地温基础数据提供参考。该数据库可为地热利用系统及地下工程热湿环境控制系统设计提供基础数据支撑。

变暖背景下砾石换填对多年冻土区机场跑道下地温场的影响

受气候变暖影响,东北北部地区冻融灾害频发,对寒区工程设施造成了重要影响。地基温度场的研究是分析与解决工程基础冻融灾害的重要手段。文中我们以漠河机场跑道为对象,通过有限单元法研究了洁净砾石换填对机场道基温度场的影响,并对运行30年内道基温度场进行预测。结果表明,换填使季节最大冻结深度(MSF)增加,且换填对道基下MSF的水平影响范围在道面中心线两侧30 m左右。之后,通过比较不同换填深度(1.5(顶)~3.5(底)、1.5~4.5、1.5~5.5和1.5~6.5 m)的道基温度场变化,发现:换填底部深度达到4.5 m时,MSF变化的速率开始减小。最后,根据IPCC第六次评估报告(AR6)未来100年间不同气候变暖速率模型模拟研究了无换填与不同换填深度下的MSF可能变化。结果发现,到2100年,在SSP2-4.5情景下,未换填及不同换填深度的道基下MSF分别为1.63、1.86、1.84、1.84和1.84 m。因此,利用换填法来减少跑道冻融灾害时换填深度应至少达到4.5 m。同时,应加强漠河机场道基地表水与该跑道区地下水的防排水设施建设与维运。研究结果有助于进一步认识换填对多年冻土和活动层水热状态的影响,可为解决道基冻胀和融沉问题提供重要科学依据。

孟巴矿高地温环境煤孔隙及氧化动力学特征

为预防高地温煤层开采条件下煤自燃灾害,明确煤的自燃特性,以孟巴矿Ⅵ煤层1306工作面煤样为例,将煤样分别置于40、50、60℃控温炉中恒温处理30天,采用全自动比表面积和孔径分布分析仪测试煤的孔隙结构,利用同步热分析仪测试原煤样和高温预处理煤样的氧化动力学参数。结果表明:孟巴矿煤样经高地温作用后,煤的小孔比例减小,中孔和大孔比例增大,煤样经60℃处理后比表面积由原煤的2.351 m^(2)/g增至3.285 m^(2)/g,总孔容由原煤的0.00788 mL/g增至0.01001 mL/g;与原煤相比,高地温处理后煤样点火温度和燃尽温度显著降低,最大失重量、最大失重速率分别提高6.1%和23.3%;高温处理后煤样的活化能和指前因子均小于原煤,说明高地温环境显著提高孟巴矿煤样的氧化反应活性,增大煤自燃的危险性。

用演变热动力学分析镜质组反射率梯度与古地温梯度的关系

文章将煤变质热动力学方程演变成有机质演化热动力学方程并用于准确描述古地温、镜质体反射率和岩层绝对年龄三者之间的关系。进而推导出用镜质组反射率梯度计算古地温梯度的数学方程,并用以求解埋深。对于古近系构造层,计算埋深与参考埋深的平均相对误差为8.28%,对于古生界构造层,计算埋深与参考埋深的平均相对误差为3.94%,均远大于计算温度时的平均相对误差。研究表明,要想更好地诠释不整合面上、下构造层中镜质体反射率随深度的“跳跃”无法耦合的情况,既要考虑不整合面地层的剥蚀(沉降)–反剥蚀(隆升)的影响,同时还得考虑古地温梯度变化的影响。

地温梯度在塔里木盆地古生界热演化研究中的应用

塔里木盆地古生界烃源岩热史研究,特别是对超深古老烃源岩热演化认识存在较大争议,热演化阶段评价方法一直是困扰烃源岩热史研究的关键问题。调研结果表明,塔里木盆地寒武系古地温梯度变化在2.95~3.6℃/hm之间,按照生烃温度门槛值65℃计算,分别需要上覆地层厚度2203~1806 m,相差397 m,即2.58℃,温度差值较小。因此认为,塔里木盆地寒武系古地温梯度变化较小,可以忽略每期地温梯度取值上的差别,厚度可能是决定温度的主要因素;地层沉积与残留厚度可比较准确地获得,误差主要取决于剥蚀厚度的恢复。通过可靠获取的地层厚度、古地温梯度和剥蚀厚度等参数,以及烃源岩生烃图版,对塔里木盆地寒武系玉尔吐斯组烃源岩热演化阶段进行了评价;界定了关键期环满加尔坳陷的有效烃源岩及其分布,对玉尔吐斯组有效烃源岩及其规模生烃能力进行了预测和划分,并预测和划分了晚期成藏的有利区域。不同阶段有效烃源岩及其规模生烃量是每期成藏富集的关键,利用该方法避免了成熟度判识缺少可靠温标的问题,为塔里木盆地深层—特深层石油勘探和开发以及晚期成藏有利区的选择提供了重要的科学依据。

压入式通风条件下高地温隧道降温效果研究

为分析压入式通风对高地温隧道的降温效果,基于典型双线铁路隧道建立三维计算模型,重点研究风速、风温、岩温、风管出风口与掌子面间距及风管布置对降温效果的影响,并与理论计算结果进行了对比。结果表明:掌子面附近存在涡流现象,有利于局部温度降低,随着风流远离掌子面,逐渐向层流过渡,隧道平均温度也逐渐升高;风速越高,隧道内温度越低,温度场越均匀,越能快速达到温度稳态;风温越低,隧道温度也随之降低,且降温效果较提高风速更显著;围岩温度越高,隧道内空气温度越高,且通风对围岩温度场的影响深度十分有限;风管与掌子面间距越大,通风后隧道温度越高,施工中应及时跟进风管,以最大程度降低隧道温度,而风管布置对降温效果影响不大;理论分析较数值计算得到的温度场沿隧道纵向温度分布均匀性更差;总体来看,采用压入式通风可有效降低隧道内温度,风速20m/s、风温14℃时,降温率可达66%。

高地温对超细复合掺合料胶凝体系的影响

通过实验室近似模拟高海拔地区高地温环境,研究超细复合掺合料对水泥基胶凝材料力学性能、体积稳定性、孔结构的影响,分析在不同温度下超细复合掺合料对水泥的最优取代率,结合微观手段分析超细复合掺合料最优掺量时胶凝体系的反应机理。结果表明:掺加超细复合掺合料能提高水泥基胶凝材料的力学性能,随着养护龄期的延长,最优取代率的抗压强度能够提高10%~21%,在高温下强度增长缓慢;超细复合掺合料体系的收缩率表现优于纯水泥体系,在适当高温环境下可保持体系稳定,但80℃的养护温度会增大体系的体积收缩率;超细复合掺合料能降低体系的平均孔径,提高密实度,生成更多钙矾石、水化硅酸钙等水化产物。

高地温对水工隧道围岩内力及变形的影响

为研究高地温对水工隧道围岩内力及变形影响。文章基于数值模拟研究了不同路径、不同围岩深度及侧压力系数等因素对水工隧道稳定性的影响。结果表明:隧道围岩位移在拱顶和拱底处达到最大值,洞壁环向应力在边墙处最大,洞壁位移在边墙处达到最小。侧压力系数不同工况下,边墙处的洞壁环向应力最大,位移在边墙处最小。实际工程中应加强薄弱处的施工质量,加强监控预警,保障施工安全。

张家口市崇礼区浅层地温能赋存特征

本文以张家口市崇礼区为研究区,充分利用以往资料,分析地层结构、水文地质条件、岩土体热物性特征和浅层地温场特征,大致查明研究区浅层地温能赋存条件。研究发现,研究区内主要岩性为变质岩和侵入岩,第四系分布范围及厚度较小,各岩石的热导率为1.68~5.27 W/(m·K),比热容为0.7095~0.8837 kJ/(kg·K);地下水主要分布在河谷第四系和沟谷底部的风化带中,地下水水化学类型以HCO_(3)-Ca为主;地温场的有利区分布在尚义-平泉深大断裂及其次级断裂附近。推荐采用高效换热地源热泵系统,为崇礼区的制冷和供暖提供能源。

陕北三叠纪煤田最大古地温与焦油产率关系

煤田地质勘探过程中主要测定现今地温特征,对于煤层形成时的古地温和地温梯度研究较少。为了研究三叠纪煤田煤层形成时的热演化特点,基于煤炭勘查资料和样品测试结果,利用深成变质作用地质温度计,恢复煤层形成时的最大古地温。由于煤田地质勘查数据缺乏典型镜质体反射率剖面,利用距离较近典型油井的镜质体反射率剖面数据,通过典型镜质体反射率剖面平移法,恢复地层最大剥蚀厚度。分析了焦油产率与古地温、古地温梯度之间的关系,探讨了古地温和古地温梯度对焦油产率的影响。研究结果显示:(1)古地温99.37℃~125.17℃,平均值115.62℃,古地温梯度3.63℃/(100 m),古地温高于现今地温,古地温梯度高于现今地温梯度;(2)焦油产率由研究区中部向外逐渐减小,整体上随着古地温的升高,焦油产率逐渐增加;(3)古地温大于110℃后,随着古地温升高,局部区域焦油产率呈现下降趋势。

河北雄县地热田钻井地温测量及地温场特征

根据研究区22口井的实测井温资料及前人的研究成果,开展了雄县地区地温场分析,对雄县地热田地温场的特点取得了以下认识:雄县地热田的盖层以传导热传递方式为主,热储层中源于供暖期热水生产和回灌引起的地下水受迫对流的影响,以对流热传递为主;不同静井时间的重复测温结果显示,静井时间的长短和井内流体的运移方式(抽水或回灌)控制了井内温度的分布及井内温度的动态变化:静井时间增加则测得的温度在中性点上下呈反向变化;生产井和回灌井的测温曲线存在明显不同;雄县热田第四系底部的温度为32.8 qc^48℃,容城凸起为28℃~35℃;雄县热田第三系底部温度为64.5℃~81.3℃,容城凸起为45℃~60℃。雄县地热田盖层内的地温梯度为43.9~72.2℃/km之间,平均为51℃/km;容城凸起的井地温梯度为31.4~41.1℃/km,平均为37.1℃/km。雄县地热田内盖层导热流值变化为80.61~113.86 mW/m^2的范围。

松辽盆地岩石热导率柱及古地温场分布特征

盆地古温度场与地热、油气资源的形成演化密不可分。为明确松辽盆地关键时期的古地温场特征,以实测的269块样品热导率和汇编的前人数据为基础建立热导率柱,并以镜质体反射率Rran为约束进行多口单井的埋藏史-热史模拟。结果显示,松辽盆地平均热导率为1.79 W/(m·K),热导率随深度增加而增大,在上部地层中增大的速率大于下部。热导率随地层年龄增大而增大。松辽盆地北部Rran主要在0.8%~1.6%,齐家古龙凹陷Rran最大。埋藏史-热史表明,白垩系青山口组地层在明水组末期达到最大古地温,然后至今呈逐渐降低的趋势。古地温场平面分布显示松辽盆地北部青山口组地层在大部分地区的最大古地温达到120℃以上,显著高于现今地温场。青山口组从沉积后进入盆地热沉降发育阶段,随着古埋深的增加,古地温逐渐增至最大。此时较高的古地温条件能够促进页岩油气的成熟。明水组末期受古太平洋板块运动影响,发生了显著的抬升冷却事件,在冷却过程中温度梯度降低幅度较小的地区形成了地热温度条件有利区。研究成果可为松辽盆地地热、油气资源的形成机理研究提供理论参考。

浅层地温能岩土热物理性质及地温场特征——以山东省莒县为例

本文以山东莒县为例,采用野外调查、岩土样品热物理测试、水样测试、现场热响应试验、地温监测的方法,利用现场数据及实验室测试数据,总结了莒县浅层地温能不同岩土体热物理参数特征,岩土体的热扩散率、比热容与其密度呈负相关性,导热系数与其密度呈正相关性。浅层地热水与岩石之间的化学作用没有达到平衡状态,水-岩反应微弱。浅层地温空间分布特征为北部第四系厚度较大,地温较高,西南部以红土崖组和田家楼组为主则地温较低。对莒县浅层地温能换热方式适宜性评价及概算浅层地温能资源量提供了依据,对于地源热泵系统的设计和运行具有重要的参考价值。

地温对不同变质程度煤自燃特征影响的实验研究

地温影响煤的自燃特征,进而影响采空区煤自燃危险区域的分布。为了探究地温对煤自燃的影响,实验选取褐煤、长焰煤和1/3焦煤为研究对象,利用热重实验获得不同温度预处理煤样在燃烧过程中重量变化情况,通过TG/DTG曲线分析特征温度点,运用积分公式计算热解阶段的活化能。实验结果表明:在相同预处理温度条件下,同一特征温度随着煤样变质程度的增加而升高;相同变质程度煤样,预处理温度越高,燃烧时的特征温度越低,尤其是干裂温度、增速温度和着火点温度降低较为显著;热解阶段活化能也降低5%~30%,说明预处理温度越高,煤氧越容易达到临界着火温度,进而达到煤自燃所需的条件,加速煤自燃进程。研究结果对高地温环境开采条件下煤自燃灾害的防治具有指导意义。

城市化对福建省气温和地温变化影响的比较研究

在快速城镇化背景下,我国城市热环境急剧恶化,研究城市化对温度变化的影响有助于深入认识我国气候变化特征。然而,以往相关研究多聚焦于气温或地温中的一项指标,尚不完全清楚城市化对二者影响的差异。本文利用福建省20个气象站逐日地表气温(简称气温)和0 m地温(简称地温)资料,采用趋势分析和UMR(Urban Minus Rural)等方法,旨在探讨1987—2017年福建省气温、地温变化中的城市化影响。结果表明:(1)福建省气温和地温变化具有很大时空异质性;就区域平均而言,年和各季节平均温度均呈增加趋势,但地温上升幅度普遍高于气温。(2)城市化对城市站日平均、最高和最低温度变化的影响存在很大差异;其中,对年平均地温变化的影响(0.18℃·(10 a)^(-1),P<0.01)明显高于对气温的影响(0.08℃·(10 a)^(-1),P<0.05),对各季节平均地温变化的影响也高于气温。(3)在基于所有台站计算的福建省年平均地温序列中检测出显著的城市化影响(0.06℃·(10 a)^(-1),P<0.05),且这种城市化影响偏差在春季和夏季地温序列中更加明显。综上,基于台站观测数据的福建省气温和地温变化速率差异与城市化对二者的增温效应差异密切相关;建议在未来相关研究中对此予以考虑和剔除,从而促进对区域气候和生态环境变化的认识。

东台坳陷现今地温场特征与油藏分布关系

东台坳陷为中国东部苏北盆地油气资源最丰富的地区。为了加深对东台坳陷地温场和油藏关系的理解,根据符合地温场研究要求的54口井连续测温资料和243口井试油温度数据,获得了深度1000～3500m地温、E2s-K2t各层位界面地温和各层地温梯度。地温场分布以凹陷或次凹成独立单元,地温随深度加深而线性增高,地温异常不明显。地温梯度总体呈现"浅层低、深层高"的特点,E2s-E2d地温梯度总体在22～30℃/km之间,E1f-K2t在28～38℃/km之间,平均约为30℃/km。不同深度的地温和地温梯度分布模式相似,正向构造单元高,负向构造单元低;而不同层位的地温分布规律则相反,即凹陷内温度高,凸起和隆起上的温度低。基底构造形态、沉积盖层厚度、深大断裂、地下水、地层放射性生热等因素决定了该坳陷总体为温盆特征。大部分地区目前还处在油气液态窗内,绝大多数油藏分布高于60℃的油气勘探开发黄金区域。

二连盆地温压系统特征

二连盆地腾格尔组地温梯度较高,而在浅层和深层地温梯度相对偏低。平面上凹陷中心或生油洼槽区古地温梯度较低,而隆起区或斜坡区古地温梯度较高,并且古地温高于今地温,在不同凹陷地温异常发育特征各异,受地温场制约,生油门限深度从凹陷中心向边缘逐渐变浅。地层压力系数都小于1.0,具明显的异常低压系统。在不同的凹陷异常低压出现的深度略有不同,阿南凹陷最浅,乌里雅斯太凹陷最深。各凹陷纵向上发育单一型温压系统,平面上以常温常压区分布最广。流体动力特征都决定了本地区油气的运移方向和聚集部位,油藏主要分布在能量相对较低的断阶带和构造带。

平顶山矿区地温信息管理系统研究

介绍了平顶山矿区地温信息管理系统软件 (PGTIMS1.0 )的设计思路。根据平顶山矿区地温信息的特点 ,该信息系统软件具有地温数据库、地温图形库、地温计算系统等三个子系统 ,可以进行地温信息管理、地温图形的管理、地温场中任意一点的地温计算。界面友好 ,操作方便。为科学地预测地下温度 ,评价地温环境、煤炭开发与热害治理之间的矛盾打下基础。