深部含水层储热系统的数值模拟研究

深部含水层储热系统,是一种以深部含水层介质为载体的“地热+”多能互补储/供能系统。该系统可将各种形式的能量储存于地下并按需求取出加以利用,能够弥补能源供需的时空分布的不平衡,是综合利用多种可再生能源,实现节能减排的有效途径。深部含水层储热是一种水热型地热资源开发利用的新方式。传统的水热型地热资源开采,受限于地热尾水回灌导致的热突破,热田寿命有限。而利用深部含水层储能,不但可以增强热储能力,而且能够延长热田寿命。本研究通过数值模拟研究表明,与传统的水热型地热系统相比,通过采取深部含水层储热技术,在相同开采流量下,可以提升单井供热能力20%。其储热效率可以达到60%~90%,能够保证更高的地热能提取率;同时,与传统水热型地热井寿命受限于热突破时间的情况不同,深部含水层储热系统可以延长地热井寿命,实现可持续开采。通过参数敏感性分析的方法进一步评估了不同参数对深部含水层储热性能的影响。通过参数研究发现,储层渗透率和储热温度等是影响储热能力和效率的关键参数。本研究为后续开展深部含水层储热系统工程的设计与优化提供科学参考。

深部含水层pH值在线监测电位漂移补偿技术

电位漂移是制约p H值长期在线监测的瓶颈问题。对引起p H值长期原位在线监测电位漂移的影响因素进行了探讨,筛选出了决定性影响因素。基于仪器零点漂移智能补偿技术和p H电极电位漂移智能补偿技术,设计了p H值深层原位长期在线监测仪器,在室内和野外进行了应用测试,其p H值监测精度控制在±0.2。

深部含水层黏弹塑固结模型及压密模拟

上海市曾遭受了严重的地面沉降灾害,主要由于浅部含水层开采引发浅部土层固结所致。之后采取了回灌浅部含水层并转向开采深部含水层的措施,地面沉降得到了有效控制。但21世纪初,通过水位及分层沉降监测,发现随着开采量增加,深部含水层也会成为主要压密土层。其变形呈现出显著的非线性压密特征,即使水位普遍抬升,压密仍然持续,开展其固结压密机理模型研究对地面沉降防治十分必要。传统太沙基理论认为砂土骨架是瞬时变形的,忽略了流变性本质,因此无法解释该现象。基于国内外学者的研究,考虑了前期固结压力前后流变性的差异,建立了深部含水层黏弹塑固结压密模型。通过试验获取了相关参数,结合塘桥F16分层标监测结果,对第四含水层长期压密变形进行了模拟。模拟结果很好地反映了含水层长期非线性压密行为,研究结果对指导防治地面沉降有实际意义。

煤矿区地下水中溶解性有机质荧光特征Ⅱ——深部含水层分布特征

为研究霍州矿区深部含水层中溶解性有机质地层差异及其迁移转化机理,通过三维荧光光谱(3DEEM)、TOC和硝酸盐质量浓度综合分析了溶解性有机质(DOM)的含量和分布特征。结果表明,深部含水层中溶解性有机质和硝酸盐质量浓度均较低,其中TOC(总有机碳)质量浓度小于0.6 mg/L、NO_3^-N质量浓度小于1.6 mg/L。太灰水和奥灰水中主要出现了Ⅱ区的色氨酸类荧光峰和Ⅳ区的溶解性微生物代谢产物荧光峰,其中色氨酸类荧光峰强度随着地下水流向而逐渐降低,溶解性微生物代谢产物荧光峰强度在李雅庄矿和辛置矿出现了一定异常。生物源指数(BIX)和腐殖化指数(HIX)表明深部含水层中DOM来源于生物或水生细菌,且具有较好的溯源一致性;荧光指数f_(470/520)比f_(450/500)更能说明DOM中腐殖质组分的来源,且f_(470/520)较大(>2.1),表明深部含水层中DOM来源于生物,且腐殖类物质芳香性较弱,含有的苯环结构较少。太灰水中TOC、色氨酸类荧光峰强度和溶解性微生物代谢产物荧光峰强度均与硝酸盐质量浓度呈负相关,且线性拟合的相关度较高;奥灰水中相关性则较差。

煤矿深部含水层突水规律的研究

在煤矿生产的初期,对煤矿生产有影响的是浅部含水层,深部含水层对煤矿生产影响不大。随着煤矿生产开采深度的增加,矿井水压越来越大,因此深部含水层对煤矿生产的影响越来越严重。深部含水层由于水压高,含水性强,所以出水不仅量大、迅猛,而且治理难度大。本文总结了深部含水层的特点和突水规律。这些规律对于搞好煤矿防治水工作具有十分重要的意义。

影响深部含水层参数评价精度的特殊因素

一、钻孔不完整性的影响在抽水试验过程中,水位下降真实状况被歪曲的因素之一,是在含水层打开的程度和特性方面钻孔不完整。在研究深部地下工业用水时,这种不完整性的影响是很明显的。事实上,在苏联大部份水文地质区域地下工业水,产于陆源的不同程度固结的厚地层内,而很少产于有孔隙、有裂隙和喀斯特化岩石的地层中。工业用含水层埋藏深度很大,妨碍过滤器的安装,这种过滤器主要是用于较浅钻孔中的地下淡水。因此深孔的试验通常在套管和套管外的水泥环保护下进行。为了预防在岩层压力作用下套管柱变形、压缩和断裂。

规模化深部咸水含水层CO_2地质储存选址方法研究

本文依据中国沉积盆地CO2地质储存潜力评价结果,认为深部咸水含水层是实现规模化CO2地质储存的主体,进而对适宜CO2地质储存的深部咸水含水层属性进行了界定。提出了深部咸水含水层CO2地质储存选址原则,合理划分了选址工作阶段。建立了选址技术指标、安全性评价指标、经济适宜性和地面地质-社会环境选址指标4个指标层,60余个指标的选址指标体系,提出了基于层次分析(AHP)的多因子排序选址评价方法。本文的研究成果对中国深部咸水含水层CO2地质储存场地选址具有一定的指导意义。

深部咸含水层CO_2注入的流体迁移模拟研究——以松辽盆地三肇凹陷为例

CO2地质封存是减少温室气体向大气排放的有效措施之一,而深部咸含水层CO2地质封存是目前可行的最有潜力的封存技术。先前研究表明,松辽盆地是一个潜在的封存场地。基于对松辽盆地地质资料的初步分析,选取三肇凹陷的姚家组1段和青山口组2、3段地层作为CO2的注入层,建立一个典型二维模型,研究CO2注入后的迁移规律。结果表明,CO2注入后会向上和侧向迁移,后期可能出现的对流作用能促进CO2的溶解。残留气体饱和度、注入层水平和垂直渗透率的比值对模拟结果影响最大。此外,储层中的薄页岩夹层有利于CO2的溶解,因此,在保证注入性和封存量的情况下,储层中低渗透性夹层是允许的。

深部咸含水层CO_2地质埋存场地适宜性评价探讨

通过对地质因素、安全因素、政策法规、环境限制和经济因素等5个方面进行分析,对深部咸含水层CO2地质埋存的场地适宜性评价进行了研究。初步建立了场地适宜性评价准则及筛选准则。

CO_(2)纯度对咸水层碳封存过程中残余水的影响

CO_(2)在地下深部咸水含水层的封存过程中,岩石孔隙内形成的残余水对CO_(2)可注入性、封存量及安全性都有负面影响,因此深入探究各因素影响下残余水的形成演化具有重要意义。文章利用取自鄂尔多斯盆地深部储层的天然岩心,在40℃和8 MPa的实验条件下利用3种纯度的CO_(2)(99.999%CO_(2)、75%CO_(2)+25%N_(2)以及50%CO_(2)+25%N_(2))进行饱水岩心驱替实验,以探究CO_(2)纯度对残余水的影响。实验表明,在3种CO_(2)纯度下的岩心驱替实验中,达到突破点和排水终点所需时间排序均为:99.999%CO_(2)<75%CO_(2)+25%N_(2)<50%CO_(2)+50%N_(2);不可再降残余水饱和度大小排序为:99.999%CO_(2)<75%CO_(2)+25%N_(2)<50%CO_(2)+25%N_(2)。分析发现,CO_(2)纯度变化会导致界面张力、湿润性以及黏度比等两相流系统重要性质的变化。通过对LogCa-LogM驱替稳定性图进行分析,确定了毛细力是影响本实验结果的主导因素。研究结果对不同条件下残余水饱和度的预测以及CO_(2)封存量的评价等方面有重要价值。

井筒涌水量预测方面存在的问题与对策探讨

井筒涌水量预测对矿井设备的选型、建设速度和投资成本等都有着到重要的影响。在分析近年来国内大量新建矿井井筒掘进实际涌水量与井筒检查孔预测涌水量误差较大的基础上,针对传统的预测方法("大井法"和比拟法)存在的预测方法缺乏创新、预测基础数据收集不够全面、预测精度欠佳的问题,提出了完善传统预测方法,加强深部含水层岩石均匀性研究,重视施工设计、提高施工质量,建立勘查单位、矿井设计部门和生产建设部门间的沟通协调机制,正确对待预测结果,树立防范意识的对策。

中国二氧化碳地质储存目标靶区选取问题研究

在开展我国重点地区二氧化碳地质储存适宜性调查评价过程中,调查和评价对象选取问题和目标靶区边界条件确定的问题是困惑笔者的2大问题。通过研究国际上已经开展的二氧化碳储存工程,并结合在四川盆地目标靶区选取过程中的经验,认为:我国二氧化碳地质储存目标靶区调查评价应始于三级构造单元或局部有利构造,终于封闭的咸水含水层,或者适宜储存二氧化碳的非封闭的咸水含水层内部;在调查评价过程中,应充分考虑目标靶区边界条件,即咸水含水层的边界条件和三级构造单元及局部有力构造的物理边界条件。同时,我们在选取目标靶区时,一定要考虑源–汇匹配,有利于进一步评估二氧化碳注入目标靶区后,在深部咸水含水层中的运移和对该含水层系统中其他能源的影响。文章给出了目标靶区的评价指标体系,并指出,存在明确物理边界条件的目标靶区评价对象,建议采用层次分析–综合指数法,对于大范围的区域咸水含水层评价对象,建议采用多因子空间叠加法。

使用水力屏障控制单一倾斜储层中CO_2羽的迁移

在单一倾斜含水层中封存CO_2时,在浮力作用下,CO_2会向地层上升一侧快速运移,不利于封存安全.可在倾斜地层的上升一侧,距离CO_2注入井一定位置设置注水井,创造水力屏障,以阻止CO_2向上移动.建立了数值模型来探讨这一方法的有效性,分析注水位置、距离、速度等因素的影响.结果表明注水形成的水力屏障能有效阻挡CO_2羽的向上迁移,且能促进CO_2溶解,抽水能显著降低地层压力.为了确保能完全阻挡CO_2运移,需要注水长度大于CO_2羽的厚度,甚至是在全部储层注水.注水速度是影响水力屏障效果的关键因素.注水距离越近阻挡效果越好.可以在CO_2羽即将到达之前注水,以减少注水量和能源消耗.