基于重磁异常的北京副中心地质构造特征和地热控制作用研究

重磁勘探对于分析地热系统特征和成因十分重要。北京城市副中心当前地热开发程度较低,为给地热资源可持续利用提供依据,对近期完成的1:50000高精度区域重力测量资料,开展了场源边缘检测、2.5D剖面反演和三维反演计算。利用归一化Theta图垂向导数和一阶水平方向导数获得了精度更高的断裂位置,研究了断裂汇交特征;使用频率域Parker-Oldenburg方法反演获得了两条不同方向剖面的基岩起伏形态;使用信赖域反演算法获得了5 km以浅地层三维视密度异常特征。在此基础上结合1:100000航磁和钻孔资料分析,综合研究了副中心地质构造特征及其地热控制作用,得到结论如下:(1)研究区断裂构造以近NE向和NW向为主。NE向断裂延伸较远、梯度带宽,但被NW向断裂切割改造迹象明显。(2)太古界结晶基底差异性隆升使区内储层和盖层厚度变化大。研究区南部隆起区蓟县系储层厚度变薄或缺失。新生界盖层在隆起区厚度为200~800 m,在断陷盆地区达2000 m以上。(3)南苑—通县断裂和夏垫断裂是区内良好导热构造;NW向台湖断裂、张家湾断裂与NE向燕郊断裂、姚辛庄断裂是主要导水通道,与南苑—通县断裂和夏垫断裂交汇形成区内地热资源的主要补给径流通道。区内地热异常受不同级次构造控制在赋存特征上呈现较大差异。

强化思想政治引领 助力“双碳”目标实现——“双碳”目标下做好地热调查研究单位青年职工思想工作的思考

习近平总书记在党的二十大报告指出:“实现碳达峰碳中和是一场广泛而深刻的经济社会系统性变革。”这体现了国家对“双碳”工作的认识达到了新的高度。为了实现“双碳”目标,中国正在加快降低碳排放步伐,大力发展可再生能源。地热能因其具有储量大、能源利用效率高、运行成本低和节能减排等优点,被视为实现“双碳”目标和国家能源战略不可或缺的重要组成部分。青年职工是地热调查研究单位的新鲜血液,也是未来发展的骨干动力,做好青年职工的思想政治工作,对助力“双碳”目标实现具有重要意义。

KXT-CG-1型超高温钻孔轨迹测量仪的应用研究

KXT-CG-1型超高温钻孔轨迹测量仪在北京、云南、黑龙江、青海等地区地热井、科学钻探井等的应用解决了高温环境钻探施工轨迹测量问题,形成了超高温钻孔轨迹野外测量解决方案和工艺规程。该仪器在满足测斜的基础上增加了井温的测量,适用于高温地热井、干热岩钻探等高温环境下的测温需求,在地表模拟270℃条件下可以连续工作4 h,这对于高温环境下的钻孔轨迹测量是有力的技术支撑。本文通过对比分析不同钻井现场的试验测量数据,可知KXT-CG-1型超高温钻孔轨迹测量仪具有集成度高、技术先进、测量精度高、辅助器具少以及结构轻便的特征,其中顶角测量精度0.15°,方位角测量精度1.5°。

太阳能补热热泵供暖实验及地温场热均衡模拟研究

为探索多能互补的清洁能源供暖技术,满足北京市村镇分散式建筑清洁供暖需求,在北京农村地区建设太阳能-地源热泵复合式系统,进行太阳能补热热泵供暖实验,并利用COMSOL软件开展地温场热均衡模拟研究。结果表明:相较单一地源热泵系统,太阳能补热热泵供暖方案下,地源侧出水温度提升23%,系统制热能效比(Coefficient of Performance,COP)和机组COP分别提升19%、25%;系统运行10 a,地源热泵系统单季节运行方案下总的取热量要多于间歇期自然恢复量,地温场总均衡为-8.91×10^(9)kJ;单一地源热泵方式运行和太阳能补热方式运行在双季节情况下总的取热量小于总的排热量,地温场总均衡分别为4.220×10^(9)、1.084×10^(10)kJ。因此,双季节运行方案对地温场不会产生负均衡,反而会对地温场有一定的热量补充。地源热泵系统运行中加入太阳能补热,对地温场的影响更小,可显著提升系统和机组效率,该模式适用于北京农村地区特别是供暖需求较大的建筑。

含重晶石粉回填料提升地埋管换热能力研究

为研究含重晶石粉回填料对平原区第四系和山区岩石地层钻孔地埋管换热能力的影响,开展了导热系数测试实验比对分析、现场热响应实验和长期运行条件的模拟计算。平原区第四系钻孔采用中砂回填,山区基岩钻孔采用水泥砂浆回填。室内导热系数测试发现:中砂回填料中重晶石粉质量分数为5%时,导热系数提升14.3%;水泥砂浆中添加5%的重晶石粉,导热系数提升7.3%。钻孔现场热响应测试发现:同一场地内夏季工况下,平原区含5%重晶石粉回填料钻孔地埋管延米换热量提高2.4 W/m,换热效率提升3.5%;山区内含5%重晶石粉水泥砂浆回填料钻孔地埋管延米换热量提高2.7 W/m,换热效率提升3.9%。经数值模拟计算,钻孔回填料重晶石粉质量分数提升至10%,地埋管延米换热能力提高约6.0%。总体上添加重晶石粉后地埋管换热能力得到提高且可持续性较好。

通州区地热资源优化开采模式动态研究

地热井的优化开采对地热资源的集约高效利用意义重大。根据北京市通州区地层特征和地热井布局建立了三维热储模型,对储层岩体中热、水进行多尺度耦合模拟,利用抽水试验、回灌试验监测数据进行了模型校正。利用校正后的模型,计算了不同采灌量下的热突破时间,预测了现有模式下热突破引起的地温场变化以及不同采量下抽水漏斗的演化趋势,得出通州区域内25眼地热井开采100年后温度场和水位场的动态云图。基于模拟数据,结合通州区现有采灌条件,提出了“一采一灌”、“一采两灌”、“两采三灌”的布井方案,同时进行了不同采灌量下的温度场、水位场的数值模拟,提出了优化的采灌布井模式,为地热资源长期开发利用提供理论支撑。

北京平原区第四系热物性参数特征及对浅层地热能开采的影响因素分析

【研究目的】岩土热物性是影响浅层地热能资源评价及利用的重要参数。【研究方法】在北京平原区各冲洪积扇采集了695件第四系岩土样品进行热物性及土工参数测试,分析了热物性参数特征及其对浅层地热能开采的影响。【研究结果】北京平原区第四系岩土热导率平均值为1.465~2.022 W/(m·K),热扩散率平均值为0.450×10^(-6)~0.841×10^(-6)m^(2)/s,比热容平均值为2.323~3.080 MJ/(m^(3)·K),热导率(λ)与热扩散率(κ)值存在一定的线性关系,相关方程为λ=1.6973κ+0.6127。第四纪松散沉积物颗粒越细,热导率值越低;含水率0~5%范围内,热导率随含水率增加迅速增大,含水率5%~20%范围内,热导率增加变缓并趋于稳定,含水率20%~40%范围内,热导率随含水量增大而降低;在天然状态下,热导率随着密度的增加而增大,随着孔隙比的增加而降低;样品温度在0~40℃范围内,热导率随温度升高呈先减小后增大的趋势,20℃时热导率最低。【结论】第四系热物性参数随地质条件变化而变化,热物性参数大小会影响浅层地热能储存、采集和扩散能力,热导率、热扩散率及比热容越大,岩土蓄热和导热能力越强。

北京地区雾迷山组地热储层微观孔隙结构及孔渗特征

以北京地区中元古界蓟县系雾迷山组碳酸盐岩地热储层为研究对象,通过扫描电镜(SEM)和薄片鉴定,划分了样品微观孔隙类型,借助MATLAB图像处理技术,定量化表征微裂缝密度和尺寸发育特征;联合毛管力测试与低温液氮吸附实验,定量化雾迷山组白云岩微-介-宏孔体积分布;分析宏观孔渗测试结果,认为微裂缝越发育、透气孔越多、孔喉均质性越好,孔渗越大的微观-宏观作用规律,并拟合了孔渗经验关系式;建立了基于测井资料划分有利开发层段的方法。雾迷山组白云岩基质孔隙连通性较差,微裂隙与溶蚀孔洞提供了主要渗流通道;整体孔隙分布频率随孔径整体呈正态分布,最可能几率孔径分布于50~60 nm。研究成果可为华北地区雾迷山组地热资源开发提供基础数据支撑。

地质条件及埋管形式对地埋管换热器换热性能影响研究

利用北京市35个现场换热孔岩土热响应试验数据,分析了地质条件和埋管形式对地埋管换热器换热性能的影响。研究结果表明地质条件对地埋管换热性能具有显著影响:地层初始平均温度每变化1℃,换热能力相差8%左右;基岩地层的地埋管换热能力平均比松散层高35%;换热孔处地下水流速从0.14 m/d增至0.91 m/d,Pe值从18增加至113,由于热对流换热作用加强,延米换热量提升13%。在相同地质条件下,套管式换热器冬季延米取热量比双U型换热器高约40%;换热深度从150 m增加至300 m时,双U型和套管式换热器延米取热量均略有升高。

地热井酸化增产潜力评价模型研究

为节约地热井酸化增产成本,提高地热资源经济开发利用效率,开展酸化增产潜力评价模型研究。针对近井地带储层伤害情况,以达西定律为基础,选取储层伤害解除时渗透率恢复至地层原始条件下的增产倍数表征增产潜力大小,推导建立地热井酸化增产潜力计算模型,采用Newton-Simpson迭代求取热储层渗透率、地热井影响半径等关键参数,借助Python程序语言建立增产潜力计算模块。以北京平原区的一口地热井为例,酸化前评价其增产潜力为2.14倍,实际酸化增产后,相同降深下的产能增加至初始产能的2.23倍,与模块预测结果基本吻合,证明了该增产潜力评价模型和模块的正确性和实用性。该模型和计算模块可快速评价地热储层物性和增产潜力,对优化改造方案和改造规模具有重要指导意义。

以地热能为主的复合式能源站项目设计管理要点

复合式地源热泵能源站作为目前绿色低碳能源地热能运用的一种形式,为“碳中和”做出了很大的贡献,相应的项目设计管理为项目的顺利实施和经济性提供了保障。论文对复合式地源热泵能源站的设计管理准则、设计管理特点、规划设计重点和设计变更的管理等方面进行了阐述,提出了优化此种项目设计管理的方法和建议。

不同测试条件下岩土体热导率对比分析研究

岩土热导率是浅层地热能开发利用评价的重要参数,依据实际工程案例中的测试孔开展了实验室测试和现场热响应测试,对取得的岩土体热导率进行了对比分析。结果显示,在第四系松散沉积物中,岩土热导率与天然含水率、孔隙比呈负相关;岩土平均热导率在大功率(9 kW)条件下比小功率(6 kW)大;同一测试孔,实验室与现场热响应测试取得的岩土体热导值存在差异,实际工程应根据不同参数需求和应用场景,选择合适的测试方法。

中深层地热资源供暖的环保效益探究

在“碳达峰”“碳中和”背景下,可再生能源的利用对优化我国能源消费的结构显得尤为重要。北方地区的冬季采暖是能源消费的重要组成部分,采暖问题关乎民生福祉,只可优化,不可回避。地热资源不同于化石能源,它是一种可再生能源,本文选取利用中深层地热资源为居民供暖的北京某小区为研究对象,通过选取研究参数,确立对比标准,初步建立了环保效益分析模型,对中深层地热资源供暖的环保效益进行量化。通过量化环保效益,为中深层地热资源供暖对节能减排的促进作用提供数据支撑。

酸化压裂在地热增产中的应用

酸化压裂是油气开采领域一项重要的增产技术手段,其应用对保持和提高油气井的产油气能力往往具有积极的成效,尤其对于碳酸盐岩油气藏效果更为明显。本文着手于酸化压裂技术在地热井中的应用研究,通过浙江省某地热井应用酸化压裂技术的实例,来探讨该项技术在地热开发领域的可用性及适用性。通过实例证明,酸化压裂在地热井开发中仍然具有一定的增产作用,具有推广意义。

延庆盆地大地热流异常及其构造背景

基底构造探测对地热成因机理研究十分重要.对近期完成的区域重力测量数据开展了场源边缘检测和密度界面反演等处理,获得了延庆盆地新生界基底形态及断裂展布特征.同时收集钻孔测温和热导率资料计算了17眼钻孔的大地热流,分析了热流异常及其构造成因,得到结论如下:(1)延庆盆地的基底形态为“一凸四凹一单斜”,即东五里营凸起、姚家营凹陷、张老营凹陷、田宋营凹陷、卓家营凹陷、康庄—沈家营单斜带.延庆盆地由2条NE向断裂控制,6条近SN向断裂连通山区补给区并切割NE向断裂,构成纵横交错的浅部断层网络.(2)延庆盆地大地热流平均值为65.8±13.0 mW·m^(-2),略低于渤海湾盆地热流均值,相对高热流区有两处,一是康庄—沈家营断裂和靳家堡断裂交汇区,二是西卓家营凹陷和东五里营凸起之间的过渡带.(3)延庆盆地地表热流异常主要与蓟县系碳酸盐岩高热导率地层分布及其厚度变化、多体系浅部断裂组合控制地下水热活动促使热流再分配有关,盆地北缘佛峪口—黄柏寺断裂发育和燕山期花岗岩侵入影响较小.

基于灰色关联度分析和多目标优化的浅层含水层储热性能整体优化

含水层储能(Aquifer Thermal Energy Storage,缩写为ATES)系统因其良好的储热能力和经济性受到国内外学者的广泛关注,其中含水层储热系统中运行参数和布井参数的设置直接影响储热效果,如何优化参数获得最佳工艺方案,对于推广储热工程现场应用具有重要意义。为此,以浅层含水层储热性能作为优化目标,通过灰色关联度方法对比关键参数对储热性能的影响程度,采用多目标优化方法得到最佳储热方案。研究结果表明:①注入温度与含水层之间温差较大会削弱系统储热能力,同类型储热井之间的热干扰反而有利于储热性能;②含水层厚度和布井数量对热损失率影响较大,而注入排量和井距对热回收率影响较大,注入温度对二者的影响最小;③注入温度25℃、含水层厚度106.597 m、注入排量30 kg/s的单井系统为最佳储热方案。结论认为:①关键参数对热损失和热回收的影响程度不同,为提高储热性能有必要对二者进行均衡优化;②优化方案有效扩大了储热体积,减少了热损失同时提高了热回收,使整个系统热损失率和热回收率分别在原有基础上优化了12.69%和3.19%,可为ATES系统的合理设计提供参考。

基桩检测技术在炼油改扩建工程项目中的应用

通过简述现阶段常用基桩检测技术的检测原理、应用方向及自身特点,结合改扩建工程实例,明确基桩所处地质条件,优选适合的检测技术手段,应用高应变检测法、低应变检测法及静载试验等方法对基桩开展多维度检测工作,准确获知基桩承载力和完整性等相关要素,判断基桩是否满足工程需要,验证多种基桩检测技术的检测效果。

冰雪之岛 地热之乡——绚丽多姿的冰岛地热

冰岛之名的由来有两种说法:一种是源于发现者驶入该岛南部海岸时首先看到的是一座巨大冰川,即现在的瓦特纳冰川,故将其命名为“冰岛”;另一种是源于最初殖民者的阴谋——为了防止其他人也来这个地方,用“冰岛”这让人生畏的词给它命名。事实上,冰岛除了寒冷,还有火热,或许用“冰火岛”来命名更合适。它的火热源于其岛内广泛分布的火山和地热资源,这使得在岛上四处都能看到一幅热气腾腾、水气袅绕的景象。为什么冰岛的地热资源如此丰富呢?

地质钻探调查中安全生产技术实施

安全是单位立足之本,是发展的重要保障。安全生产工作要把保护人的生命安全摆在首位,树牢以展理念和红线意识,加强各方面安全生产技术,建立健全安全生产技术体系,突出可操作性,从源头上防范化解安全风险。钻探施工是一项比较典型的高风险作业,整体安全生产要求高,突显出了安全生产标准化体系的必要性。推进安全标准化建设,建立科学适用的安全生产技术体系,全面做好人员不安全行为方面、物的不安全状态的维护制度,同时加大安全生产费用投入、设备设施及工艺技术等方面保障。构建安全生产机构、健全全员安全生产责任制、安全生产规章制度、安全投入、培训教育、场所和设备设施安全生产技术,从根本上将人的不安全行为、物的不安全状态和安全技术缺陷等安全隐患消除在萌芽状态。

套管式和双U型换热器换热性能对比

地埋管换热器广泛应用于各种建筑供暖系统中,提高地埋管换热器的传热效率一直是研究人员关注的热点问题。分别在第四系和基岩地层开展了套管式和双U型地埋管换热器岩土热响应对比试验。结果表明,套管式换热器增加了循环流体进口流量以及外管壁与岩土体之间的接触面积和热传导能力,换热性能要优于双U型换热器。第四系松散沉积物中,套管式换热器夏季延米换热量约是双U型的1.76倍。基岩地层条件下,套管式换热器夏季延米换热量约是双U型的1.37~1.41倍。基岩地层热导率高于第四系松散沉积物,套管式和双U型换热器的换热性能均比第四系地埋管换热器强。研究工作将为地埋管地源热泵系统中套管式换热器的设计及应用提供参考。