供暖地热开采井筒温度损失模型及应用

地下热水开采过程中,井筒周围持续散热导致地热水温度降低形成了井筒温度损失。目前关于井筒温度损失的研究很少,在地热利用方案的编写过程中难以确定设计排量下的井口热水温度,致使后续井网部署及单井配产困难,配产量与实际用热需求易产生供需矛盾。该文首次建立了地热井井筒温度损失模型。借助大型有限元软件COMSOLMultiphysics,以华北油田某潜山区块实际生产数据为例,进行热采井筒温度损失影响因素分析,并分别对实际生产中雾迷山组热水井和高于庄组热水井井筒温度损失进行了预测,为下一步地热开采方案的编制提供借鉴和理论指导。

同位素与水文地球化学方法在矿井突水水源判别中的应用

通过对抚顺老虎台矿区各类水体的同位素及水化学特征研究,阐述了地表水与矿井各开采水平及73003#突水点的同位素和水化学特征及其相互关系,论证了矿井上覆白垩系砾岩含水层与73003#突水点的联系。研究表明:73003#突水点的同位素及水化学特征与地表水及其他开采水平差异较大,而与白垩系砾岩水的同位素及水化学特征相似。根据同位素、水化学特征及混合计算发现,突水点的水是白垩系地下水与第四系地下水的混合,且白垩系砾岩水占67%,占主导作用;矿井突水通道为活化的F1断层。

咸阳地压地热流体补给的环境同位素证据

通过对咸阳地压地热流体的环境同位素研究,系统论证了咸阳地压地热流体的补给来源、补给方向及补给年代。研究表明:咸阳地压地热流体的补给来源主要为全新世前古大气降水,其补给方向主要来自研究区西部及西北部,除局部深大断裂附近有少量现代降水补给外,其可更新能力较差。

咸阳城区地下热水地球化学演化模拟

应用水文地球化学模拟(PHREEQC软件)对咸阳城区地下热水进行了水文地球化学演化和路径模拟。模拟路径分别为西、西北两个补给方向。模拟结果表明,沿地下水流向发生了一系列的水-岩反应,西线R5→SP2水化学类型由Na-HCO3-Cl转化为Na-Cl型,而西北线R6→SP2水化学类型由Na-Ca-HCO3-Cl转化为Na-Cl型,在水流路径上SiO2(玉髓)、方解石、白云石和高岭石发生了沉淀,而岩盐、石膏、天青石、钠长石、云母和萤石发生了溶解作用。对研究区地下热水地球化学反应路径模拟,描述了研究区地下热水补给到排泄的演化特征,表明水-岩作用模拟对于揭示研究区地下水化学演化环境具有重要的指示意义。

秦岭北麓水资源可持续开发利用分析

水资源的开发利用与保护,关乎民生,关乎经济社会的可持续发展。论述了秦岭北麓水资源作为基础性自然资源及战略性经济资源的重要性。讨论了秦岭北麓水资源开发、利用、保护之间的关系及其重要性。结果表明:秦岭北麓对于关中地区而言就是一座巨大的绿色水库,其水资源保护的关键在于以保护为前提的适度开发,地表水-地下水统筹利用,建立地下水库及水资源补偿机制,加强水资源战略研究。

模糊综合评价法与综合评价法在矿区水质评价中的对比研究

如何对矿区水资源进行合理规划利用提高水资源利用率,首先是要对矿区水质进行准确的评价,而评价方法的选择直接关系到结果的真实度。利用模糊数学综合评价法对比传统的综合评价法对老虎台矿区水质进行评价,结果表明:综合评价法界限非常严格,未能综合考虑每个水样的离子成分,极值的作用过于明显;模糊综合评价法则能综合考虑每个水样的离子成分,剔除了极值的定性作用,评价结果合理,是水质评价中值得推广的有效方法。

古气候变化与地下热水中氢氧稳定同位的关系

关中盆地地下热水中氢氧稳定同位素的研究表明:研究区地下热水中氢氧稳定同位素组成变化与当地古气候变化具有良好的对应关系,古气候变化直接影响了地下热水接受补给时的氢氧稳定同位素组成。研究区地下热水的补给为更新世前古代大气降水。大约在8.2～10.2 kaB.P.和18.1～19.2 kaB.P.这两个时间段,可能是由于当时温度较低导致关中盆地地下热水补给偏少;关中盆地地下热水的补给过程受古气候的变化影响呈现非等速补给特征,可能存在一定的古地下水形成期。

地下水资源可更新性的环境同位素研究

论述了环境同位素在研究地下水可更新性中的应用现状,分析研究区氢氧稳定同位素、氚和14C放射性同位素、CFCS的分布特征及其指示意义,对比人类开采前后地下水的同位素特征。结果表明:盆地地下水的可更新性随不同深度、地域、含水层的不同而各异,人类活动加强了浅层与深层地下水之间的水力联系。

西安市地下热水资源可持续开发利用的瓶颈问题研究

地热水既是一种宝贵的自然资源,又具有典型的稀有性和难以再生性。在大力提倡低碳经济,节能减排,积极应对全球气候变暖的今天,既要利用地热水资源,又要重视地热水资源的可持续性。西安市的地热资源得天独厚,具有分布广,储量大,温度高,水量丰,水压大,水质优等显著特点。是大自然馈赠西安人民的十分珍贵的清洁能源。用得好,可为西安人们造福,可让子孙后代受益,为西安经济率先发展服务。用不好,可使水源枯竭,水质污染,地面沉降,后患无穷。本调研在扎实研究的基础上,针对我市地下热水开发中的一些制约可持续开发的关键问题开展深入调研,并提出了我市地下热水可持续性开采的对策和建议。

基于活塞-指数混合模型的地下水可更新性研究

在分析研究区域水文地质条件的基础上,论述活塞-指数模型的适用条件,同时利用环境同位素氚的特征,将氚作为地下水系统输入和输出讯息。研究结果表明:活塞-指数模型适用于该区,计算得该区地下水滞留时间为36年,且相对传统方法具有方便、及时、可靠等特征。

咸阳城区热储流体混合作用研究及模拟计算

应用水文地球化学模拟方法对咸阳城区热储流体混合作用分析和混合比例的计算.结合研究区的地热地质和水文地质条件,进行地下热水混合作用和混合程度的研究.结果表明,咸阳城区地下热水在不同程度上都存在与较低温度地下热水的混合作用。应用PHREEQC模拟软件、稳定同位素D和温度计算热水与冷水的混合比例,估算在平衡条件下咸阳城区地下热水与冷水的混合比例在0.09～0.63之间。

平衡采灌条件下热恢复及热可采模拟研究——以任丘地区馆陶组砂岩热储为例

目前广泛应用"体积法"计算静态地热资源量。该方法未考虑盖层和底部地层热补给,对于不同开发条件适应性不强。本文借助有限元COMSOL软件,基于实测数据建立了砂岩热储平衡采灌模型,对地热田温度恢复、热补给及地热资源的可采系数进行了研究。模拟结果显示,对于砂岩热储,回灌井周围温度短时间内无法恢复到原始地层温度,依靠采水井和回灌井井别互换实现井筒内堵塞物清除的同时不影响地热田连续生产是不可取的;热水开采利用的热量主要来自于热储层,随着地热田的生产运行,相邻地层热补给所占比例增大;该模型条件下运行40年后采水井和回灌井之间产生了热突破,但短时间内不会影响地热田生产,根据热突破后热储层温度分布特征计算地热资源的可采系数为19.02%。本文模拟研究结果可为进一步的地热田开发总体方案部署提供理论指导。

冀中馆陶组砂岩热储开发采灌试验研究

砂岩孔隙热储100%回灌难度大,亦为世界性难题。冀中某地上第三系馆陶组砂岩热储出水量大,水温高。为实现经济可持续开发,确定热储层水力连通性、单井采灌速度、井网井距、回扬及回灌制度等地热开发参数,设计了4口井的单井抽水试验及89d的大型井组间采灌试验。试验结果为进一步的开发方案运行提供了方法及数据支撑,对同类型热储开发借鉴意义大。经计算研究区馆陶组热储层渗透系数为0.33~0.5m/d,导水系数为19.95~40.30m^(2)/d,贮水系数为(7.41~9.85)×10^(-5);根据抽水试验水位降深关系确定地下水力连通性最好的方向为东北至西南;单井采灌速度建议控制在50~60m^(3)/h;热储层在1800m左右存在高渗层,热水井距布设至少应在400m以上;回扬制度推荐选择大排量+中排量+小排量,回灌制度推荐选择小排量+中排量+大排量。

含水层储气库建设与余热发电结合的可行性分析——以冀中坳陷D5区块为例

含水层改建地下储气库是我国未来储气库建设的主要发展方向,但目前在国内还没有先例。为此,以渤海湾盆地冀中坳陷D5区块含水层为例,从含水层构造特征、盖层和断层密封性、储层物性、流体性质、注采气能力、储气库参数设计、排液规模、地热水发电、余热水回注、经济性分析等方面探讨了建库与地热利用相结合的可行性。结果表明:①该区块盖层厚度大、分布稳定,泥岩压实程度高且岩性致密,储层和盖层之间的断层不连通,盖层密封性好;②该区块圈闭面积大、形态好、埋藏适中,储层发育好,符合建库条件,但注气驱水难度较大,适合排水注气:③排水注气过程中所排出的地热水温度高、水量大,适合利用中低温地热发电技术来发电,发电后的余热水回注地层并作为采气时的注水水源,可以实现循环利用;④利用该区块建库过程中所排出的地热水来发电,可以节约大量投资和运行成本,具有较好的经济效益和社会效益。结论认为:该区块具备含水层改建地下储气库和地热利用相结合的可行性,但需要进一步探测性地注气以验证圈闭的密封性,同时还要考虑注气排水的周期性对地热发电的影响。

钻井用浮箍结构冲蚀安全优化数值模拟研究

针对固井过程中套管用浮箍、浮鞋等附件频频发生失效事故,开展固井浮箍、浮鞋冲蚀优化的数值模拟研究。通过建立浮箍流场CFD有限元模型,定量模拟研究不同阀芯开度下含有固相颗粒的多相流对浮箍阀体的冲蚀速率,建立了冲蚀速率与固相颗粒含量、固相颗粒大小、阀芯开启度的关系曲线。结果表明:弹簧式浮箍在开启高度L大于或等于40mm,舌板式浮箍在阀板开启角度大于50°时,能使其冲蚀速率显著减小。

潜山油藏岩石热物理性质影响因素实验及分析

地热资源是一种与石油天然气共存于沉积盆地且可再生的高清洁能源,在其开发利用过程中,需要关注地下温度场的变化,岩石的导热系数和比热是影响地下温度场变化的重要因素。华北油区潜山油藏岩石成分以石英和白云石为主,二者的含量在95%以上,其含量及变化是影响岩石热物理性质的主要因素,其中石英含量对岩石导热系数影响较大。根据测定结果,岩石导热系数变化区间为2.0 W/（m·℃^-1）-3.9 W/（m·℃^-1）,比热变化区间为0.8J/（g·℃^-1）-1.0J/（g·℃^-1）。另外,针对潜山油藏岩石的特点,重点开展了温度、压力、孔隙度等对岩石热物性的实验研究;在此基础上,结合并联电阻等热理论模型,提出了适用于华北油区潜山油藏的热物性计算模型,为地热开发利用方案设计提供理论依据。