热-渗耦合的井抽灌系统对地温场的影响

针对水源热泵抽灌对地温场的影响,运用Comsol Multiphysics多物理场全耦合软件建立热-渗耦合的数值计算三维模型。对比分析不同回灌量下地温场分布云图和不同回灌量下地温场的分布规律,得出单井回灌量越大热影响半径越大、同时热峰面向抽水井方向运移速度越快,达到热贯通时间越短;前期系统运行回灌井附近区域温度变化明显,后期系统运行对回灌井周边较远区域温度变化较影响明显;不同位置热运移规律均与渗流速度相关,影响半径基本与渗流速度呈正比。

中深层抽灌井系统取热性能模拟研究

提取地下热储层内热水为建筑进行供暖是提取中深层地热能的重要技术手段之一。其中,将地热水进行回灌有助于维持地热储层压力,但可能产生热贯通等问题。利用FEFLOW软件建立了三维抽灌井水-热耦合模型,并对影响抽灌井系统取热性能的因素进行了模拟研究。结果表明,在该地热含水热储层条件下,抽灌井间距为300 m时,系统运行20年(7300 d)后,抽水井处不会产生热贯通效应。抽灌流量对系统运行性能有着直接的影响,抽灌流量越大,抽水井温度下降越早,系统末期抽水井温度越低,但仍能提供较高的产热量,较大流量与较小流量工况下系统运行末期温差约为3.87℃,取热量差可达2252471 W。抽水井温度随回灌温度的增加而增加,但含水层取热量逐渐降低。较大回灌温度与较小回灌温度工况下系统运行末期温差约为1.92℃,取热量差可达3150440 W。天然水流方向一定时,在不同水力坡度条件下,水力坡度对抽灌井系统性能的影响逐渐增加。当水力坡度为0.01时,位于地下水渗流下游方向的抽水井产生热贯通效应时间比位于上游时早1732 d,含水层取热量减少634270 W。因此,热储层中地下水渗流方向与抽灌井连线方向相同(即抽水井位于上游)时,系统取热性能较优。

关于开发利用中深层地热取热不取水技术的思考

本次研究主要以中深层地埋管换热系统、异井抽灌换热系统和同井抽灌换热系统为基础,提出中深层地埋管“d”型井换热系统、异井抽灌换热系统双层热储开发模式和同井抽灌换热系统双层热储开发模式,并对三种换热系统的经济可行性进行对比分析。结果表明:异井抽灌系统经济性最好,同井抽灌系统次之,中深层地埋管换热系统最差;取热不取水系统不同于抽采取热系统,其不但会降低地层温度,存在井距、开采强度及冷堆积问题,而且在径流条件好的地区还可能存在冷迁移问题;为降低系统全寿命周期成本、提高系统能效和系统可持续性,可考虑系统分层取热模式。