大广高速公路双辽服务区地源热泵系统地层热物性原位测试

利用地层热物性原位测试仪可以准确地测量地层热物性参数。概述了浅层岩土体热物性原位测试仪的原理、结构组成、特点、测试方法及数据处理方法。利用Ingersoll简化模型算得共需498口100 m换热井才能满足双辽服务区的冬季供暖需要。     

某地源热泵场地浅层土壤分层热物性响应实验

浅层土壤导热系数的确定一直是地源热泵系统设计研究中的一个重点。为了获得更精确的土壤热物性,引入分布式光纤测温系统,并在原有柱热源测试模型方法的基础上提出分层热物性测试法并对测试数据进行分析。测试数据包括竖直方向上浅层土壤初始温度分布,稳定功率加热过程中竖直方向地埋管内流体温度随时间变化分布。结果表明:通过分层土壤热物性测试可以更直观地观察地下土壤温度分布,了解土壤中地下水分布情况。并得出竖直方向上不同深度土壤的导热系数、土壤密度与比热容乘积以及回填料热阻分布情况。     

废弃油井直接换热技术及应用效果评价

基于呼伦贝尔地区的地下地质特征,在工作区内选取深度、井身结构和套管程序都适宜的废弃油井,依据《浅层地热能勘查评价规范》将底部射孔层位进行封堵改造,实现了超导液闭式循环,达到了深井直接换热的目的.通过对区内ZK1油井的直接换热试验,经稳定测试取得了单井换热功率约162 kWh,每延米换热量为90 W的良好应用效果.ZK1油井直接换热改造的成功,标志着废弃油井直接换热改造是可行的,并总结了一套改造技术流程及取热利用方案,同时为类似改造工程积累了值得进一步推广的经验,为清洁能源地热的利用开辟了一条新的途径.     

现场热响应试验测试数据对比及应用分析

勘查评价浅层地热能地质条件及换热能力是高效开发浅层地热能资源的关键基础,对高效、可持续利用浅层地热能起着举足轻重的作用。不同区域地质条件千差万别导致地下换热效果不同,目前现场热响应试验,是地埋管地源热泵系统区域调查评价和应用项目场地勘查中,采用的重要勘查手段。通过现场热响应试验获得地温场初始地温、岩土体的热物性参数,计算得出每个地埋孔的换热能力即换热功率,可为评价地埋管地源热泵系统适宜区域的浅层地热换热功率提供依据,指导地埋管地源热泵系统地下换热系统设计。本文主要对地层初始地温、不同测试功能测试所得数据,进行了对比及应用分析,对指导现场热响应试验的科学合理应用,具有重要的参考意义。     

浅层地热能地下换热系统适宜性评价与优化设计——以郑州市浅层地热能示范工程为例

地热资源的开发利用对减少CO₂排放和抑制全球气候变化能起到积极的作用。目前,国内浅层地热能地下换热主要有地下水换热系统和地埋管换热系统2种方式,其共同优点是能源利用系数高、安全稳定、零污染排放等,但在换热效率、开发利用条件、空间占用等方面各有利弊。本文叙述了浅层地热能地下换热系统适宜性评价指标,结合郑州市浅层地热能示范工程建设项目,分别进行了抽水与回灌试验、岩土热物性参数测试、地层热响应试验等现场试验,对浅层地热能2种换热方式的适宜性进行了分析比较,得出建设区岩土具有较高的导热系数和容积比热容,有利于热量的传导与保持;但区域水位埋深浅,现场试验回灌量仅107.37 m³/d,回灌能力较差。相比之后,优化设计并选择了更适用于建设区浅层地热能开发利用的地下埋管换热系统。     

套管式地埋管换热器热短路及换热性能

套管式地埋管换热器是深层地源热泵系统常用的换热装置。基于流体流动换热方程,建立套管式地埋管换热器与周围岩体之间的传热模型。以第一个供暖季为例,分析内管导热系数和循环水流量对换热性能的影响,并引入换热器效能对热短路现象进行评估,研究结果显示:内管导热系数越大,热短路现象越显著;热短路使内外管中循环水温差降低,管内出现热堆积,导致换热器换热功率降低;套管式地埋管换热器的换热功率随循环水流量的增大逐渐增大;内外管之间存在热短路时,出口水温随循环水流量的增大先升高后降低,随着流量增大,换热器效能增大。研究成果可为深层地源热泵系统中地埋管换热器的设计提供借鉴。      

松辽盆地外围中生代盆地的岩石物性 ——以突泉盆地和乌兰盖盆地为例

系统采集突泉盆地、乌兰盖盆地的地层岩石物性标本,测试了密度、磁化率、剩磁及电阻率。研究发现,由于含油气盆地勘探目标层往往含泥质、炭质成分较多,采用常规的物性标本测试方法很难获得这类地层岩石真实的物性参数,特别是电性参数。通过井旁测井模型与岩心及测井曲线对比,证明井旁测深技术是一种获取地层电性参数的有效方法。结合前人物性研究资料与本次工作结果,系统地整理了突泉盆地、乌兰盖盆地地层岩石物性参数,建立了主要地层-物性柱,分析了盆地的地层岩石物性特征,为在该地区开展非震地球物理测量提供了基础性资料。     

导热与导热-渗流作用下浅层地能热量输运数值模拟

现用于浅层地能热量输运的地下传热模型忽略了地下水迁移对传热的影响。依据TOUGHRE-ACT模拟程序中质量与能量守恒原理,建立了多相流热渗耦合条件下地下热能输运数学模型。在此基础上建立了换热井群模型,模拟了导热及渗流作用下换热井群夏季制冷工况的瞬态温度场。模拟结果显示,地下水渗流流速及方向对热量传输影响较大。渗流流速为0.1 m/s时,温度场的瞬态特征显著;渗流流速达到0.5 m/s以上时,温度场的瞬态特征逐渐消失。渗流流速的方向性使换热井群温度场分布也呈现出显著的方向性,在布置换热井群时应在平行地下水渗流方向上增加井间距,而在垂直于地下水渗流方向上减小井间距。2种传热作用相比:在导热作用下换热井群产生热堆积,温度场整场接近饱和;在渗流作用下各换热井的能效系数在20 d后基本处于稳定状态。     

深层垂直井同轴换热能力数值模拟分析

针对中深部（1 500~4 000 m）地热资源深井同轴“保水取热”科学评价问题,以COMSOL Multiphysics多物理场耦合数值计算软件为模拟平台,构建垂直单井岩-水耦合传热模型,以西安地区地层与地温特征为模拟背景,计算分析2种地温梯度（0.027、0.030℃/m）与4种注水口流速（0.25、0.50、0.75、1.00 m/s）工况下深层（3 500 m）地热单井套管换热能力。同时,建立5种井间距下的群井数值模型,分析不同井间距下群井中心井的出口温度变化规律。模拟结果显示:地温梯度越大,进出口温差越大,单位时间换热量与单位延米换热量越大;入口注水流速越大,进出口温差越小,但单位时间换热量与单位延米换热量越大,即地温梯度、流速越大,深层垂直钻孔套管换热的效率越高;西安地区3 500 m井深工况下,相邻地热井的间距为30 m时能够保证其地层温度不会相互干扰。研究结论可为深层地热开发利用提供科学参考。移动阅读      

川西及松辽南部油气微渗漏动力学模拟

选择川西孝泉-新场气田和松辽南部后五家户气田为研究区,采集14口井井中化探样品,测试热释烃、酸解烃、荧光等指标,进行了烃类垂向微运移的研究.由于岩石物性的影响,热释烃、荧光等指标显示不同程度的正向梯度,但酸解烃指标在油气田井中局部层段垂向分布特征显示负向梯度,或与其它化探指标没有相关关系.建立相应的微渗漏模型,并进行动力学模拟,模拟结果和实测资料较吻合.     

我国水淹层测井技术的现状及展望

本文比较系统总结了我国在水淹层测井技术方面的研究成果,主要包括：从岩石物理基础实验出发,水驱过程中油层储层物性及电性特征变化规律的研究;水淹层测井方法和水淹层解释模型的研究;水淹层的定性判断,剩余油饱和度,含水度等参数的定量求取,水淹级别的判断;单井水淹层解释和多井剩余油分布的研究。     

BTR-4000型地层热物性原位测试仪及其应用

地层热物性原位测试仪主要包括液路循环系统、数据采集和控制系统及电气控制系统等。利用测试仪对某热交换井进行现场测试,得到换热器进、出口循环水温度随时间逐渐趋于稳定,及换热器与周围土壤的换热量随时间基本保持恒定的相关曲线。采用线源和柱源传热模型,结合参数估计法,计算出平均热物性参数分别为：土壤热传导系数λ=2.428 W/(m·K),钻孔热阻R=0.102 (m²·K)/W,及λ=2.164 W/(m·K),R=0.086 (m²·K)/W。通过保证测试时间和准确的土壤比热容等参数,可得到准确的热物性参数,计算结果为地源热泵系统的准确设计提供了依据。     

采用不同方式的地埋管换热器热响应测试 ——-以中新天津生态城公屋展示中心项目为例

利用两种热响应测试方式( 恒热流法和恒温法) 进行地埋管地源热泵换热试验,测试该地的土壤热物性参数。在概述了两种浅层岩土体热物性原位测试仪的原理、特点、测试方法及数据处理方法的基础上,分析比较了两种方法测量的参数,准确地计算出施工现场土壤的热物性参数。两种测试仪测量的热物性参数基本一致,同时热工况或冷工况试验所取得的参数差别不大。在20℃ ～ 30℃排热工况条件下,换热器为120 m 双U 类型时,排热量在25 ～ 60 W/m,在8 ℃取热工况条件下,取热量约30 W/m。热导率约1. 5 W/m·℃,热扩散率约为0. 46 × 10 － 6 m3 /s。     

岩土热物性测试线热源计算误差分析

在垂直地埋管现场热物性测试中,计算岩土体综合热物性参数时一般采用线热源的简化解析式,求解综合热导率和钻孔热阻。这种方法在各种测试条件下会产生不同程度的误差。通过传热数值计算方法,研究了循环介质流量、加载功率、两次测试的间隔时间、测试设备性能、测试孔深度、回填材料热导率、岩土体中水渗流情况、地温梯度对综合热导率和钻孔热阻误差的影响。以传热数值计算结果为基础,提出了降低线热源计算误差的方法:根据测试条件选择相对合理的测试参数;对系统误差采用模型经验修正法予以消除,或改用完善的数值计算方法求解。     

热流计法测定导热系数

本方法试验装置分为两个系统:恒温系统和测温测热系统。恒温系统由两台低温循环浴与恒温箱组成;测温测热系统由热流计和两支热电偶及数据采集仪组成。试样要求制成0.25×0.25×0.05m~3的试样块,若是颗粒或粉沫试样,可装入两个侧面及底部是胶木、两个平壁面是铜板构成的0.25×0.25×0.05m~3的试样盒内。将试样粘贴好热流计与热电偶后放入恒温箱内夹紧,使其两个壁面与试样之间接触紧密。接通低温循环浴和测温测热线路电源,调好所需温度,待温度状况稳定后,采集热流计读数和两壁面温度,据此计算出导热系数。     

U形垂直埋管换热器换热性能试验研究

在地源热泵系统中,埋管换热器的换热性能与很多因素有关.本文通过地源热泵试验台,参照国外地下埋管换热器岩土温度场的求解方法,采用线热源理论及热阻原理,将U形垂直埋管换热器等效转化为单管换热器,对相关影响因素进行了分析与实验研究.实验结果表明,循环流体的流速对换热器换热效果影响较大,流速维持在2.5m 3/h左右内比较合理,管道材料的热物性对换热影响不大,但在回填材料中加入砂砾可以显著提高换热量,在北方寒冷地区应尽量避免系统的长时间连续运行.     

现场测试地层平均热物性参数方法初探——以北京某工程地源热泵系统地层热物性测试评价工程为例

地层热物性参数是地源热泵系统地下换热器设计所需要的非常重要的参数,热物性参数的大小对钻孔的数量及钻孔的深度均有显著的影响,进而影响地源热泵系统的初投资。笔者以北京某工程地源热泵系统地层热物性测试评价工程为例,阐述了现场测试获取平均热物性参数的测试方法和原理,并通过建立传热模型,利用参数估算法计算了工程场区的热物性参数。为验证结果的可靠性,又采用了线源理论对测试数据进行计算并将计算结果与参数估算法进行了分析比较。最后,笔者对两种计算方法的求解方法和适用条件进行了归纳总结。由于目前地层热物性参数确定方法还很不成熟,可借鉴的经验不多,所以笔者提出的热物性参数确定方法只是尝试性的探索,还有待今后的实践检验和进一步的理论研究工作。     

基于T2WELL的U型地热井供暖潜力数值模拟

为了了解U型井式闭循环地热系统的可持续利用能力,探究场地内利用U型井式闭循环地热系统开发地热能用于供暖的可行性,以及地热井长期运行下的产能状态和不同影响因素的作用规律,设计合理的地热能开采方案。采用数值模拟方法,以邯郸东部平原地区试验井的短期实测数据为基础,以多相多组分井筒-储层耦合流动模拟程序T2WELL为工具,开展场地尺度U型井长期换热数值模拟。研究结果显示：U型井式闭循环地热系统水平井段长度为400～500 m,循环流速和注入温度分别设置为80 m3/h和20 ℃左右时,可以实现地热能的可持续开采,20 a平均提热功率能满足供暖需求,采用该种方式进行供暖具备较高的可行性。      

浅层岩土室内、外热物性测试的相关性

对于浅层岩土热物性参数测试中常用的实验室和现场热响应试验方法,结合上海某工程的实际情况,提出一种基于室内试验的岩土综合热物性参数确定方法。首先,根据室内、外试验测试结果的差异,选取地层厚度、含水率、密度及渗透系数作为影响二者热物性参数测试差异的主要因素,使用层次分析法确定各影响因素的权值,并按权值大小修正室内热物性参数测试结果。然后,分别模拟室外现场热响应试验和修正后的室内热物性参数以及实际地层的传热过程,得出三者在热量传导能力之间的差距分别为1.2%、1.1%及2.3%。最后,提出埋管深度和导热系数的乘积可代表岩土层的换热能力,且计算出修正后的室内热物性参数对应的均一导热系数与现场热响应试验测出的综合导热系数分别为1.832 W/(m·℃)和1.778 W/(m·℃)。     

北京平原区地源热泵换热能力现场测试研究

岩土体不仅决定地温场的展布形态,而且也是浅层地温能资源评价和工程设计的关键因素,掌握区域岩土体的热物性及换热性能,是保障热泵高效稳定运行的关键。根据北京地区在施地源热泵工程对现场换热能力测试结果,系统地研究了地层结构及岩性、水文地质条件、回填材料等因素对综合热导率的影响。研究结果表明:在相同条件下选择适当回填材料有利于提高系统换热性能,膨润土和水泥基作为回填材料,比中细砂作为回填材料的换热性能分别提高了17.6%和19.7%;岩土体和地下水是热能赋存和传播的物质基础,地下水与地层结构决定着地温场分布形态和换热效率,地埋管换热器的换热能力与土壤颗粒、地下水位、地下水渗流存在直接关系,土壤颗粒越大,地下水位埋深越浅,渗流越快,对地埋管换热器换热能力具有明显的强化作用。