实验室尺度高地温梯度模拟地层的实现方法研究

地热井与周围热储层的传热过程对地热井产热性能研究有重要意义。由于实际工程中在地热井周边布置测点较难,无法获取地热井周围热储层的参数变化,进而为地热热储模拟结果提供验证,故以往大多地热热储模拟仅将地热井作为源项处理,未考虑地热流体和储层的耦合流动换热。实验室条件下的模拟试验方便布置测点,可为热储-井筒耦合流动传热模型提供试验验证,其中如何实现实验室尺度下有温度梯度的模拟地层是试验研究的关键,目前尚未有类似研究。基于传热学基本原理,研究了实验室条件下有较高温度梯度多孔地层的快速实现方法,通过确定模拟热储层和热储盖层几何尺寸、优选填充多孔介质和实现恒定温度的模拟热储层,设计了一套实验室尺度下有高温度梯度的模拟地层系统,通过分层加热与边界动态热补偿方法,较快实现了热储层温度分别为60,65,70°C下模拟地层的线性温度分布,采用有限体积法得到的数值模拟与试验结果的相对误差在±2.5%范围内,二者吻合较好。文章设计搭建的模拟地层系统可为开展地热井筒-热储耦合模拟试验提供条件,进而为开发的地热热储-井筒耦合传热数值软件提供试验验证。     

井内嵌入同轴多孔与固体圆柱地下水渗流流型分析

对二维无限大多孔介质内单向均匀水平流垂直绕过“固体小圆柱-多孔介质环-水环-多孔介质”复杂四层结构下的流场进行了解析求解。内、外多孔介质区域均采用Brinkman模型,纯流体水环采用Stokes模型,通过耦合界面间的质量、动量守恒关系得到了各区域流函数的通用表达式。在此基础上分析了不同几何参数,不同内、外多孔介质渗透系数情况下,圆柱外绕流的流型变化;着重研究了水环间隙以及内、外多孔介质渗透系数的变化对流型及横向、纵向速度分布的影响。结果表明:外部多孔区流型主要受控于外部渗透系数;水环间隙宽度对水环内速度峰值影响较大;内部渗透系数增加到某一临界值情况下,横截面速度分布从阶梯形变为抛物形,即“穿透”现象。研究结果对有类似结构的地埋管换热器、地下水污染物吸收装置、地下水测速装置等的设计研发有理论指导意义。     

火山—碱湖沉积岩中的燧石成因:以准噶尔盆地下二叠统风城组为例

准噶尔盆地玛湖凹陷下二叠统风城组是一套罕见的碱湖沉积,活跃的火山背景和高pH值湖水性质,使风城组发育了碱岩—白云岩—燧石岩—泥岩—砂岩—砾岩—火山岩等复杂岩性组合.其中燧石岩和富硅泥页岩在风城组具有良好的油气显示,但整体研究较为薄弱.本次研究通过岩心观察、微观矿物学研究和主量、微量、稀土元素综合分析,划分出不同产状类型的燧石,以期揭示风城组火山—碱湖沉积中燧石成因.风城组燧石可分为层状、结核状和角砾状,其中层状燧石常发育帐篷构造和V字形收缩缝,燧石结核中发现硅质球体和交代残余的碳酸盐矿物,说明风城组燧石可能存在蒸发、生物、及交代成因.风城组燧石的Al/(A1+Fe+Mn)比值均在0.6左右,与生物成因燧石地球化学特征相似.总稀土含量介于2.26～116.17×10-6,平均36.65×10-6,LREE/HREE比值介于3.65～26.00,平均7.85,轻重稀土具有中等强度的分馏特征.Eu具有正异常和弱负异常特征,Ce大多落在正异常区域,反映风城组大部分燧石形成于较强的还原环境,且未受到明显热液活动的影响.结合碱湖—火山背景,本次研究提出风城组燧石主要以蒸发成因和生物诱导成因为主,交代成因也是风城组燧石岩的主要成因类型.     

地理案例教学把握好的几个关系

案例教学是新课标所倡导的教学方法之一,如何在地理教学中成功实施案例教学,笔者认为至少应注意把握好以下几个方面的关系。     

地埋管换热器动态热负荷下地层温度场的解析解

垂直地埋管换热器（borehole heat exchanger,BHE）是利用浅层地热能的主要换热装置,如何确定合理的地埋管间距对地源热泵系统（ground source heat pump system,GSHPs）的传热性能与经济性影响很大。以往工程应用中未考虑地埋管热负荷的动态变化,常采用最大延米热/冷负荷（即最不利情况下）的影响半径作为设计依据,使设计参数趋于保守,很难实现地源热泵系统的技术和经济优化,而考虑负荷变化的数值模拟方法耗时复杂,不便于工程应用。文章提出了一种在地埋管实际热冷负荷动态变化条件下,计算地埋管换热器影响半径的简单数学方法。该法首先推导了地埋管换热器在周期性热流边界条件下,井筒周围地层温度场的解析解,在此基础上将地面建筑物全年周期下的实际波动热冷负荷进行傅里叶级数近似展开,最后通过线性叠加每个周期函数对应的解析解,得到建筑物实际动态热冷负荷下的地层温度动态分布。提出的解析解实时耦合了地面建筑动态热冷负荷,计算结果接近实际应用,具有计算精度高、简单方便快捷的优点,便于在工程实际中推广应用。