基于水热耦合模拟的油气区地热开发井网布局

我国不少含油气沉积盆地同时也赋存着大量的地热资源,探讨地热田不同开发情景下热储温压场的变化,对于确定地热资源的合理开发策略至关重要。为此,以渤海湾盆地济阳坳陷东营凹陷东营城区地热田为例,综合各类地质、钻探和岩心资料,系统分析了该区储盖组合、地层热导率、温压场等地热地质特征,进而采用以Tough2为核心的Petrasim软件建立了地热田成因概念模型,研究了开采、回灌条件下热储的温压场响应,确定了采灌量等井网布局参数的限制条件,最后提出了地热资源开发优化策略。研究结果表明:①该区地热田最大开采量为63 m3/h,回灌量为32 m^3/h;②要实现100%回灌,需采取“一采两灌”的布井方式,最优采灌井距为400 m。结论认为:①合理的地热田概念模型是进行数值模拟的前提,油气田在长期的勘探过程中积累了丰富的地质、地温和岩心测试数据资料,为正确认识油气区的地热资源分布和热储特征提供了数据支撑;②水热耦合数值模拟是地热田管理的有效手段,能够确定开采量、回灌量、采灌比、采灌井距等布井关键参数,有利于优化地热开发模式,进而实现地热资源的可持续开发。

基于水热耦合的青藏高原分布式水文模型——Ⅰ.“积雪-土壤-砂砾石层”连续体水热耦合模拟

青藏高原号称"亚洲水塔",是典型的高寒山区,其广泛存在的积雪、多年和季节冻土,影响了整个区域的水循环过程;青藏高原具有土层较薄、下伏砂砾石层较厚的特点,形成了特殊的"积雪-土壤-砂砾石层"水热介质结构。为深入研究青藏高原的水循环机理,本文选取尼洋河流域作为典型区,基于野外冻土水热耦合试验,结合青藏高原地质及气候特点,构建了包含12层"积雪-土壤-砂砾石层"连续体的青藏高原水热耦合模型,描述了完整的水热耦合模拟方程和参数计算方法。采用2016—2017年冻结融化期0~160 cm深度内的土壤和砂砾石层的温度、液态含水率和冻结深度的实测结果对模型进行了验证,各层温度模拟R~2均值为0.91,冻结融化期内液态含水率模拟R~2均值为0.52,土壤冻结深度模拟R~2值为0.76。结果表明该模型在青藏高原地区有较好的适用性,可反映该地区冻结融化过程中土壤和砂砾石层水分与温度的特殊变化规律。

蒸发条件下冬小麦田土壤水热耦合运移模拟

综合考虑了根区土壤水分动态、根系吸水、蒸发蒸腾、地表能量分配和土壤中温度分布 5个子系统 ,建立了冬小麦蒸发条件下土壤水热耦合运移模拟模型 ,经实测资料检验其精度较高。该模型可用于田间水分动态、根系吸水、蒸发蒸腾。

人工地下水流场提高地埋管换热性能分析与模拟:以福建某地区为例

我国南部的气候冬暖夏热,地埋管式群管换热器夏季和冬季所释放或吸收的热量无法达到均衡,运行期间造成的累热效应对地温场的影响不容忽视。针对这个问题,在得出地埋管系统最优设计参数的基础上,提出在换热管附近施加人工流场的优化方案。结合实际工况,利用数值法对优化前后地埋管周围地温场的变化特征进行了水热耦合模拟,对累热效应的影响程度和人工流场的优化效果进行了验证。结果显示,优化前,地埋管运行20a后岩土体的平均温度相对初始地温上升了22.05%,地埋管对地温的影响范围有扩大趋势,受地下水流向的作用存在热迁移现象;优化后,地埋管附近平均地温的上升幅度较优化前降低了46%,温度羽也被人工流场束缚于抽水井附近相对较小的区域,没有引起大面积的地温抬升现象。因此这种设置人工流场以缓解累热效应的方法可在适宜地区进行推广。

软弱粉质黏土层隧道工程冻结实验设计与仿真分析

针对软弱粉质黏土层中修建隧道工程,一般可考虑冻结法施工,我国隧道冻结法施工通常基于经验公式开展设计,对冻结帷幕扩展过程、最终冻结效果缺乏有效的检验和验证。本文依附深圳地铁某通道冻结法施工为工程案例,开展了软弱粉质黏土层中冻结试验工程的冻结施工设计、设计冻结效果的预测与检验、冻结水热耦合数值模拟,以及数值模拟冻结效应等研究工作,以期更好地揭示冻结帷幕的形成过程。研究结论对软弱粉质黏土层隧道工程冻结实验设计和与其数值模拟具有一定的指导意义。