深层地热花岗岩体地震波数值模拟及传播机制

深层地热资源是一种可再生的、蕴藏巨大能量的清洁能源,但其地球物理响应特征不明确,中深层地热探测成功率较低。为了研究地震波在深层地热岩体中的传播规律与波场特征,建立两种深层地热花岗岩模型,并使用等效交错网格有限差分法实现声波与弹性波的数值模拟。结果表明:地热花岗岩体速度在温度的影响下要高于围岩的,会产生高速屏蔽现象,使得透射波能量变弱,限制了地热岩体下部地震波传播能量;相比于声波,弹性波具有更丰富的波场信息,波型与能量转换使得弹性波地震记录也比声波地震记录复杂。

深层地热井考虑水泥环损伤的套管预热应力设计

深层地热资源相较于传统地热资源具有更大的开发潜力,但由于深层地热井井底温度更高,在开发开采中高温流体使套管受热膨胀,易引起套管屈服变形损坏。而目前对于深层地热井套管安全问题在理论研究和技术实践上均面临着诸多挑战。为此,根据厚壁圆筒理论和热弹性力学基本理论,利用对套管预先施加热应力降低套管的轴向热应力,考虑高温水泥石损伤后地层-水泥环-套管的接触问题,并以套管有效应力控制在相应温度下的最小屈服极限内为原则,根据套管柱强度设计安全系数,评价套管安全性能,建立深层地热井套管预热应力设计方法,缓解高温对套管热损伤的问题。结果表明,水泥浆的密度对损伤因子影响不大,水泥环的弹性模量对损伤因子起主导作用。在预热情况下,注水条件下(注水温度为65℃)在预热250℃以下能够满足设计条件,在地热生产条件下(地热温度为346℃),需要超过200℃才能够满足安全设计要求。

中深层地热地埋管管群换热性能模拟和布置优化

在中深层地热地埋管(DBHE)供热技术应用中,主要使用多个地埋管构成管群为建筑供暖。为了研究中深层同轴地埋管管群换热性能,本文基于西安市西咸新区典型地质分布,构建了中深层同轴地埋管管群数值模型,研究了不同间距、不同分布下各地埋管换热器间热交互作用以及长期取热期水温衰减规律。结果表明,多井集群供暖过程中周围岩土所形成的“冷堆积”现象是导致地埋管集群供暖能力逐年下降的主要原因;当地埋管间距从5m增至25m,平均出口水温和取热功率分别提升3.86%和11.5%;在西咸新区典型地质条件分布下,地埋管间间距应保持在15m以上;本文提出的四种管群分布中,地埋管呈直线分布时各地埋管出口水温和取热功率衰减最小,其中心地埋管出口水温仅衰减5.74%。在工程设计中,中深层地埋管管群应尽可能直线排布,避免重叠排布。

基于环境承载力的中深层地热资源评估方法

中深层地热资源在我国分布广泛、资源禀赋良好、储量大。目前地热资源评价方法主要用于评价浅层地热能,并且未考虑环境承载力、开采经济性等因素,难以用于指导中深层地热资源的开发。从多角度量化中深层地热资源开发潜力,将资源环境承载力评价体系应用于中深层地热资源评价。本体系集合地热资源禀赋、环境影响、社会经济技术条件三类因素,综合考虑了热储埋深、温度等因素,并结合层次分析法及统计学方法明确了分级指标和权重赋分。基于提出的中深层地热资源评价体系对典型区域的中深层地热资源进行潜力和远景评估,可为中深层地热资源开发提供理论指导。

华南火成岩区深层地热勘探地震处理关键技术

华南火成岩发育区是我国重要的地热资源区,具备中高温地热的储藏条件,地热资源丰富,但深层地热资源勘探难度大,基于重、磁、电的勘探方法对地层结构、热储边界及隐伏断裂的热储空间展布特征刻画不足。因此,本文利用三维地震勘探资料,开展面向深层地热勘探的地震关键处理技术研究,形成具有识别深层地热构造的处理技术流程。首先,通过面向深层热储的精细预处理技术解决深层低信噪比问题,做好数据基础工作;在此基础上,采用断控精细速度建模技术建立高精度速度模型;最后结合保低频逆时偏移技术实现深层热储高精度成像,改善成像质量,提高热储空间、高陡边界的刻画精度。实际资料测试验证了该技术流程的有效性与实用性。

蓄热式中深层地热供暖系统运行策略分析

蓄热式中深层地热供暖系统提取地下2000~3000 m的中深层地热作为热源,并耦合蓄热装置,实现建筑物的清洁供能,平衡电网负荷。系统的运行控制策略对系统性能的影响较大。为了研究蓄热式中深层地热供暖系统的运行控制策略,基于TRNSYS软件建立了西安地区三种典型公共建筑的热负荷模型和蓄热式中深层地热供暖系统仿真流程。根据三种典型公共建筑的热负荷特性,探究蓄热式中深层地热供暖系统的运行控制策略对电网的“移峰填谷”效果和运行经济性分析。结果表明:对于办公建筑,释能优先运行模式和定比例控制运行模式具有较好的移峰填谷作用,其中,释能优先运行模式的日运行费用最低,为132.35元;对于酒店建筑,由于全天24 h均有热负荷,因此供暖系统运行策略为在谷电时间段内,热泵机组满负荷运行,首先满足建筑热负荷,剩余部分进行蓄热,在峰电时间段内,采用机组优先运行模式,日运行费用为326.83元;对于商场建筑,定比例控制运行模式的移峰填谷作用最佳,日运行费用最低,为120.49元。

水热型中深层地热在热源厂的应用分析

通过工程设计实例论述水热型中深层地热在热源厂的应用分析,包括技术路线分析、设计方案分析、装机选型以及中深层地热的适用性分析等。通过对水热型中深层地热的梯级利用,加热市政热网的回水,进一步加大片区内的可再生能源的利用、降低化石能源的消耗,达到节能减排的目的。

城市深层地热能可持续开采多场耦合效应数值模拟研究进展

我国中深层(200~3000 m)和深层(>3000 m)地热资源储量丰富,具有很大的开发空间,可持续开发利用地热资源将是碳达峰、碳中和目标如期实现的重要保障之一。然而,地热能开采过程涉及复杂的温度场、渗流场、应力场耦合效应。为此,总结了笔者团队在水热型地热资源开发利用多场耦合效应数值模拟方面的研究成果,包括面向城市深层地热能可持续开采的资源量评价、采灌方案优化设计方法和在典型地热工程中的示范应用。从温度、水位、变形3个方面给出了深层地热能可持续开采的多指标评价体系,以及基于数值模型的可采地热能计算公式。基于深层地热井-储系统多场耦合数值模型给出了满足可持续开采标准的可采地热能评价方法,提出了开采井风险评价的“红绿灯系统”,并依托雄安新区容东安置区地热开发利用工程验证了资源评价方法的合理性。基于深层地热井-储系统多场耦合数值模型给出了满足可持续开采标准的采灌方案优化设计方法,采用Plackett-Burman设计构建了代理模型,通过多响应优化实现了参数的快速优化,并依托北京市城市副中心地热开发利用工程验证了采灌方案优化设计方法的合理性。为城市深层地热能可持续开采提供了理论与工具支撑,以促进城市深层地热能更大规模和更高质量的开发利用。

基于压缩式换热的中深层地热集中供热系统效益分析

鉴于北方地区清洁供热发展需求,结合北方地区中深层地热分布特点提出一种基于压缩式换热的中深层地热集中供热模式,并分析了不同地热水温度对系统性能的影响。结果表明,地热水温度越高,系统热力性能越好。当地热水温度为75.0℃时,压缩式换热机组可将一次网回水温度降低至15.0℃,以解决中深层地热田与热用户空间分布不匹配的问题。在一次网输热距离为20 km的条件下,基于压缩式换热的中深层地热集中供热系统的系统年性能系数(ASCOP)约为12.5,地热能供热占比约92%,节能减排潜力较大。

工业园区中深层地热能梯级利用供暖系统应用及效益分析

工业园区采用可再生能源供暖,减少对化石能源的依赖,是实现节能减排的有效途径之一。中深层地热能供暖作为节能减排的有效方式,对实现工业园区经济、环保、低碳发展具有重要意义。以西咸新区泾河新城某项目为对象,通过介绍中深层地热资源直接开采利用、基于地热能梯级利用技术应用情况,对比分析市政热力供热投资及运行费用,提出了中深层地热能在工业园区供暖系统中的高效利用方式。结果表明:中深层地热能供暖系统虽然初投资增加1 530万元,但是运行成本降低了21.24元/m^(2),项目投资回收期为9.51 a,投资内部收益率税后指标为11.18%,具有较好的经济效益;同时,每年可节约标准煤2 288.9 t, SO_(2)减排量5.917 t、NO_(X)减排量2.383 t、PM2.5减排量1.991 t、CO_(2)减排量4 699.775 t,具有显著的低碳环保效益。

中深层地热储层水力压裂多股裂缝扩展数值模拟研究

目前中深层地热能岩石裂缝扩展研究主要针对单一裂缝,而实际开采生产过程中,岩石裂缝多以复杂缝网为主,单一裂缝研究难以指导现场实际工程。采用Cohesive单元内聚力模型,利用大型有限元商业软件ABAQUS并通过厚壁筒膨胀致裂实验结果预制水力裂缝扩展路径,建立了中深层地热储层水力压裂多裂缝缝网扩展模型,并开展了相关的数值模拟计算,考察了地热储层水力压裂过程中裂缝起裂时间、最大主应力、孔隙压力、裂缝宽度等多种因素对水力裂缝扩展的影响规律,并分析比较了多条水力裂缝不同起裂次序、3条裂缝同时起裂情况下的人工裂缝扩展特征。结果表明:水力裂缝的起裂时间对于最大主应力和孔隙压力具有影响,但是对于裂缝宽度影响甚微。相对于裂缝同时起裂,裂缝先后起裂会使最大主应力和孔隙压力增加,有助于多裂缝缝网的形成,但是不能通过控制起裂时间使裂缝宽度增加。

中深层地热井钻具失效分析与应用研究

对中深层地热探采结合井钻具断裂失效事故进行详细的调查研究,采用定性分析方法,从钻井地层、参数、材料及钻具结构等多方面因素进行全面分析,对实际钻进的数据进行统计研究,得出地热井钻具断裂失效的原因,并提出合理的处理措施及预防应对措施。同时,总结经验教训,对现有的钻进工艺进行研究改良,提出针对性的改进方案和新工艺技术,为后续地热生产井的高效钻进提供有利钻井参数,为同类型中深层地热井钻井提供参考依据,避免同类钻具失效事故的再次发生,提高钻井质量。

关中盆地西安凹陷深层地热U型对接井地温特征

关中盆地中深层地热资源丰富,为关中地区冬季供暖提供了保障。作为深层能地热开发利用的示范项目,首次在西安凹陷中施工了2000m以深的两对U型对接井,对接井水平段长200m,形成了闭式地埋管换热器,且静置时间超过2年,能够反映初始地温。地层初始地温是深层地热井换热能力计算关键参数,高精度的测量可保证数据的可靠性。利用进口直读式热电偶测温探头,对上述2组对接井(4口)初始地层温度进行了测量,并利用线性回归的方法计算了地温梯度。结果显示,在垂向上和平面上,4口井地温都表现出高度的重合性,显示区内对接井地温和地下流场稳定,地热能开采潜力大;4口地热井单井地温梯度变化范围为3.45~3.47℃/hm,平均3.46±0.01℃/hm,地温梯度异常是由于关中盆地地壳厚度较薄,以及相对高的地幔热流的热传导和深大断裂沟通的水体热对流相互叠加造成的;蓝田-灞河组分布稳定、富水性好、渗透率高和导热性强,为区域稳定的热储层,根据地温和地温梯度的变化规律,建议区内对接井对接层段为1866m以深的蓝田-灞河组,以保证最大的换热效率和持续稳定的热源;通过测井资料验证,对接井在1500~1600m存在地温异常,与地层地下水活动和地层含砂量高相关。

我国深层地热资源利用现况分析

在能源和环保成为影响和制约人类生存、发展的背景下,分析了我国深层地热资源的存储及利用状况,提出我国深层地热资源开采和利用亟待解决的问题,为深层地热资源的开发及工程应用给出可行性建议.

基于西宁机场的低碳用能中深层地热供暖应用研究

“双碳”背景下对航站楼的清洁用能提出更高要求,同时为了实现“人文机场”,采暖季前后过渡期的热舒适性要求也应充分考虑。航站楼最佳热源应采用运行费用低、碳排放小的清洁能源。中深层地热供暖符合这些要求。本文讨论了中深层地热+燃气锅炉供暖与单一燃气锅炉供暖方案。结果显示:方案1相对方案2初投资增加1527.7万元,总运行费减少121.5万元/年,投资拐点在12.4年。同时方案1相对方案2每年减少碳排放1300t,具有13万元的碳交易潜在优势。

解析深层地热勘探中综合物探技术的应用

本文结合地热勘探工作的特点和综合物探技术的优点，对物探技术在深层地热勘探中的实际应用进行了解析，并提出了相应建议。

我国深层地热资源勘探的基本现状及对策

深层地热是将来地热开发的重点领域。丰富的地热资源储量为加快深层勘探提供了基础 ,深层地热分布规律认识的深化为加快勘探步伐提供了有利条件。回灌技术的日见成熟使加快深层地热勘探步伐成为可能 ,许多不利因素增加了深层地热勘探的难度。根据上述认识 ,提出了如下对策 :加强地热地质基础理论研究 ;加强深层地热勘探开发技术研究 ;优选目标 ,积极预探 ;进行经济评价 ,提高深层勘探效益 ;

我国中深层地热开发技术专利综述与分析

近年来地热能开发的传统抽灌模式因回灌问题受到诸多限制,一些地方甚至出台了一刀切的“封井”管理模式。中深层地热井下换热是一种取热不取水、取热效率较高,同时可突破传统地热利用中地热资源条件限制的利用模式。该技术的关键在于如何进行系统优化设计,在有效避免冷、热流体换热损失的同时获取最大取热功率,目前国内已有多项相关的授权专利。检索了国内中深层地热开发利用技术的相关专利,从申请地域、年份、申请人等方面进行了归纳分类和统计分析,并重点从技术原理的新颖性、实用性及技术经济可行性方面分析了有代表性的中深层地热开发技术专利,结果可为推进我国中深层地热开发利用技术提供理论参考,并为中深层井下换热系统的实际应用及其市场的健康发展提供帮助。

中深层地热勘探开发技术进展与开发对策

本文主要以中深层地热勘探开发技术为文章阐述内容,通过对行业发展现状中的开发技术进行介绍,给出其未来发展中具体的开发对策,以供参考。

中深层地热用地埋管换热器研究利用进展

提取地热能使用的主要装置是地埋管换热器,本文介绍了地埋管系统的工作机理,综述了目前国内外地埋管换热器特别是中深层地埋管换热器的理论研究现状与实际利用情况,并指出了研究要点和未来发展方向。