基于不同接箍形式的隔热油管传热特性模拟分析

热力采油方法是稠油开采的主要方式之一,在注蒸汽热采过程中,隔热油管可以有效减少井筒径向传热损失;常规隔热油管使用一段时间后,热损失明显增加,如何改进隔热油管结构,降低注汽过程热损失,需要进一步研究。基于常规隔热油管,提出了2种改进隔热油管结构:接箍处含隔热衬套油管和直连式隔热油管;在对3种隔热油管物理结构分析基础上,建立了热损分析模型,根据所建模型,利用COMSOL软件进行了模拟计算分析,给出了3种隔热油管结构的温度分布和热损失变化特性,并进行了对比分析。结果表明:接箍处含隔热衬套油管热损失最小,直连式隔热油管热损失适中,建议对普通隔热油管接箍采取保温措施。本研究为注蒸汽热采过程减少热损失、提高稠油采收效果提供一定支撑。

隔热油管隔热层中支撑材料热力耦合特性分析

在稠油开采注蒸汽热采过程中,隔热油管可以有效减少井筒径向传热损失。实际生产中,隔热油管中的支撑材料(玻璃纤维)容易破损,导致散热损失增加,影响稠油热采效果。筛选更优质的支撑材料,增强隔热油管性能,有待深入研究。建立支撑材料多物理场耦合模型,针对玻璃纤维、碳纤维和复合玻璃纤维材料,进行了实际模拟计算;据此分析了支撑材料的温度、应力和位移变化特性。结果表明:随时间变化,复合玻璃纤维Mises应力最大、玻璃纤维次之、碳纤维最小,建议隔热管以复合玻璃纤维为支撑材料。研究结果为延长隔热油管使用寿命、提高稠油采收效果提供一定技术支撑。

基于表征体元的空心型回填多孔结构导热模型

合理开发与利用地热能,可以有效推动绿色低碳发展、改善环境质量、实现多能互补及提高资源利用效率等。一般地,热能从地下到地上的采集和输送由地埋管来实现,管外回填结构存在散热损失,对地热能的有效利用影响较大。为研究回填结构在微观层面的导热机理,通过建立表征体元的方法,建立了2种导热分析模型:二维模型和三维模型。以硅酸钙为例,通过自主研发的实验装置对模型的准确性进行了验证,并分析了相关参数(水气比、孔隙率)对三维模型导热系数的影响。结果表明:当温度变化时,串联模型曲线变化较为平缓,更接近真实值;当水气比变化时,串联模型曲线变化较为平缓,更接近真实值。可见,建立的三维串联模型更加精准,为其他多孔材料导热系数的测定提供了一种可供参考的数值计算方法。

寒区冻土层含冰孔隙结构导热模型构建及应用分析

冻土主要由固、液和气三相物质构成,其中固体可以看成骨架,另外两相物质填充在孔隙中,是典型的多孔介质。寒区冻土层融沉过程中,其中的孔隙结构、矿物颗粒和含冰量等参数变化幅度较大,导热系数等热物性参数随之变化,目前在精细表征和分析研究方面存在一定不足。针对含冰冻土,采用多孔介质描述方法,考虑其相态变化特性,将其分为未冻区、融化区、固结区及已冻区;基于表征单元体(representative elementary volume,REV)方法,结合冻土物理学和传热传质学理论,构建了冻土层导热分析模型,包括微观模型和宏观分析模型;以寒区土壤冻融过程为例进行模拟计算,分析了孔隙率、含水率、含冰率以及通道构成系数等对冻土导热系数的影响规律。所建模型可为寒区冻土传热机理分析及导热特性研究提供理论基础。

基于裂隙粗糙性表征方法的地热岩体热流耦合数值模拟与分析

随着能源结构转型,干热岩等地热岩体得到了快速发展。地热岩体内部结构组成复杂,渗流与传热过程多变,如何针对岩体裂隙分布特征,建立更加精准的描述表征模型并进行多物理场耦合分析,有待深入探讨。基于裂隙粗糙性表征(joint roughness coefficient,JRC)描述方法,将表征单元体(representative elementary volume,REV)引入到JRC尺寸选取中,并将其应用于地热岩体物理模型中,采用数值模拟方法,对地热岩体温度场与渗流场进行了耦合分析。研究发现,裂隙附近温度场分布与裂隙的形态基本一致,表现出一种基岩温度场随着裂隙形态变化的波动性规律;流体注入速度和温度对系统运行达到稳态的时间影响呈负相关性;较低的注入速度和较高的注入温度都可以有效延长系统生产寿命,此外,通过对出口法向热通量的分析得出最佳注入流速。