基于TOUGH2数值模拟软件的延津地区热储采灌研究

本文采用TOUGH2数值模拟软件,根据研究区对井在预设情景下运转30年的模拟结果,对河南省延津县下新近系热储层压力场、温度场进行模拟,在模型验证的基础上,对不同回灌率及不同采灌井间距工况进行模拟研究,结果显示:回灌井的回灌过程会使地下水水温降低,回灌时间越长水温降低幅度越大,影响范围也越大,根据模拟抽水井和回灌井不同间距条件下(55 m、150 m、250 m、300 m)温度场变化情况,建议区域下新近系地层地热回灌项目抽水井和回灌井间距应大于等于250m,以保证抽水井出水温度;而不同回灌率工况下分析化学场和压力场的模拟数据可以看出,回灌率越大,地热水水质、压力影响越大,基本呈线性关系。为区域地热资源回灌-开采提供示范和指导。     

地热井U 型管周围土壤温度场的ANSYS 模拟

埋管换热器和岩土的传热是个复杂过程,利用有限元仿真分析两者的传热过程是有效的办法。通过与单井二维模型的对比分析,建立二维群井传热模型,模型为9 口间距为4 m 的储热井,模型传热过程遵循经典传热理论。按照ANSYS 网格划分原则,将求解区域划分为最大边长0. 1 m,最小边长 0. 01 m 的单元。在地埋管内侧加载热流密度,外边界加载地温边界条件,经过模拟72 h 的储热过程,精确得出群井周围岩土体的温度场变化规律,求解区域最高温度为40. 263℃,最低温度为10℃,影响半径约1. 4 m,温度的升高幅度会减缓,并得到了温度及热量迁徙的规律。模拟结果与实际测量结果相符。     

基于微地震数据的增强型地热储层参数及采热的数值模拟研究

发展清洁、稳定、可再生的干热岩型地热资源对于缓解能源危机、减轻环境污染、改善人类健康具有重要意义。增强型地热系统(Enhanced Geothermal System,EGS) 是一项改造干热岩天然储层,高效开发地热能资源的先进技术。以澳大利亚库珀盆地地热储层为研究对象,基于水力压裂实测微震数据,建立了三维分区均质渗透率模型和非均质渗透率模型,分别进行储层温度场、流场及采热性能变化的研究,并对比其差异。结果表明：在同样的注采流量下,由于非均质模型中微震事件集中于井口附近,进而形成明显的优势流动通道,流体从注入井更快流向生产井,温度下降速度相对更快,分区均质模型中优势流动通道没有非均质模型明显,温度下降速度较慢;地热模型运行期间分区均质模型的采热量变化相对稳定,降幅为3.74%,非均质模型采热量降幅较大,为12.72%。分区均质模型的模拟结果相比于非均质模型,温度下降幅度小、采热量高;但实际储层中的渗透率分布不均,分区均质模型的模拟采热量相比实际采热量偏高,因此在实际应用中,非均质模型的模拟结果对实际工程更具参考意义。     

河间潜山地热资源开发方案数值模拟

古潜山地热资源具备岩溶孔隙发育程度高、热储面积厚度大、地热水储量大的优点。冀中坳陷内古潜山分布密集且地热资源丰富, 河间潜山位于冀中坳陷饶阳凹陷中东部, 具有良好的地热地质条件, 开发潜力巨大。本文基于河间潜山及其周缘地区测井资料、岩石热物性并进行了计算, 发现其地温梯度为29.8 ℃/km到44.5 ℃/km之间, 平均值为40.7 ℃/km。大地热流值介于64.8~80.6 mW/m2之间, 平均值为 73.4 mW/m2。通过水热耦合模拟方法模拟选定的地热资源有利区的温度变化, 结果发现河间潜山合理的开采井距为800 m, 合理开采量为60 L/s, 回灌温度为35 ℃, 总可开采量为6.32×1016 J, 单年可开采量为 6.32×1014 J, 可供暖面积为1.22×106 m2, 对于冀中坳陷潜山地热资源的开发利用具有一定的指导意义。     

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。     

变饱和带数值模拟软件VS2DI介绍

介绍了数值模拟软件VS2DI,从软件模拟过程入手,依次对关键问题的处理方法、数据要求、输出操作、系统要求、版本升级过程作了说明,指出该软件在水污染模拟方面有着广泛的应用前景.     

MODFLOW在天津滨海新区地热流体数值模拟中的应用

为了合理开发利用地热资源,本文以天津滨海新区桥沽-看财庄新近系明化镇组地热流体为例,应用Visual MODFLOW软件对明化镇组地热流体进行数值模拟。对模型的识别与检验表明,所建模型能够较好的反映明化镇组地热流体的地下水位动态特征。计算得出明化镇组100年水位接近150 m的地热流体可采资源量为10.7×106m3/a。通过预测按设计开采量进行开采后明化镇组地热流体地下水位的变化趋势,每天新增1000 m3开采量是可行的。     

基于FLO-2D数值模拟的泥石流流动与堆积影响因素研究

泥石流和普通的山体滑坡不同,它是发生在山区的一种含有砂土和石块的暂时性水流,具有宾汉体的性质和运动阻塞双重特性,国内外众多学者在流动学实验及流动学模型的基础上,对数值模拟方法进行了大量研究,通过泥石流的灾害范围、运动速度、运动时间与实际情况进行对比,开发出适用于泥石流预报的数值模拟程序,FLO-2D就是其中之一。工程实践证明,在对泥石流组成物质的流动特性研究基础上,对泥石流移动及沉积特性进一步研究是非常重要的。本文运用FLO-2D流动模型数值模拟方法对泥石流的移动特性进行模拟,以此分析泥石流流动及堆积特性与黏性系数和屈服应力的关系。通过分析得到:随着黏性系数的增大,泥石流流速呈非线性减少;屈服应力作为影响泥石流发生及停止的因素,随着屈服应力的增大,流深也随着增大,但在泥石流移动特性中,屈服应力对泥石流流速的影响并不明显;随着黏性系数的增加,泥石流冲击力减小,而随着屈服应力的增加,泥石流的冲击力则增大。     

基于FLO-2D数值模拟的工布江达县城泥石流灾害危险性评价

工布江达县位于藏东地区,雨季区内泥石流频发,对人民基本生活和区域经济建设与发展造成了严重影响。为研究藏东地区中—小型泥石流灾害对城镇居民聚集区的危害特征和潜在危险性,运用FLO-2D软件,以西藏自治区工布江达县县城周边居民分布较为集中的5条泥石流沟为研究对象,通过模拟泥石流泥深和流速等方面的冲淤特征,以县城典型泥石流沟模拟冲出结果为基础,确定泥石流强度并划定危险性分区,分析泥石流危险分区与居民聚集区之间的拓扑关系,评估县城周边泥石流危险性,为工布江达县城的城镇规划和防灾减灾提供技术参考。     

基于HYDRUS-2D的渗滤池回灌地下水数值模拟研究

人工回灌是提高水资源利用水平的重要工程措施。深入研究渗滤池回灌过程机理,基于Hydrus-2D,结合具体渗滤池回灌算例,建立渗滤池回灌的二维饱和-非饱和渗流数值模型。模拟结果表明：回灌水入渗形成的＂湿润峰＂逐渐向饱和带移动,同时饱和带的浸润线逐渐上升,形成不断扩大的饱和区,直到形成一个连续的饱和带。回灌水出流速率经过了迅速增大到一峰值后快速减小,然后又缓慢变小的过程,回灌水入渗速率随时间变化的这一特征与Green-Ampt入渗模型的结论是一致的。     

CO2-水-岩相互作用对盖层渗透率影响的数值模拟

针对我国江汉盆地深部含水层的基础地质和水文地质条件,运用国际先进的反应溶质运移数值模拟软件TOUGHREACT建立垂向一维模型,探索研究了CO2进入盖层后,CO2 -水-岩相互作用对盖层渗透率的影响.模拟结果表明,CO2进入盖层后,会使pH值降低,导致矿物组分和渗透率的变化.模拟5 000 a后,盖层底部和顶部渗透率分别增加了10％和6.7％,主要是由石膏在该处的溶解以及菱镁矿未能沉淀造成的;盖层中部渗透率降低了约6.7％,主要是因为铁白云石和菱镁矿在后期发生了沉淀;绿泥石的溶解为铁白云石和菱镁矿的沉淀提供了必要的Mg2+和Fe2+离子来源,对盖层渗透率的变化起到了至关重要的作用.     

傍河水源地地下水水流数值模拟的不确定性

按客观随机性与主观不确定性,对傍河水源地地下水水流数值模拟中的不确定性影响因素进行了详细分析,在此基础上,提出了处理地下水系统中随机不确定性的方法改进一次二阶矩法,并将其应用于傍河水源地地下水可开采量的可靠性分析中.评价结果得出:考虑参数的随机不确定性因素后,水源地以4.7×104 m3/d进行开采时发生地下水超采的风险率为19.31%.     

地下水源热泵系统和太阳能辅助热源系统的地温场数值模拟研究

地下水源热泵系统的地温场数值模拟研究对浅层地热能开发利用项目具有重要意义。通过TOUGH2建立地下水源热泵系统的水-热耦合模型,模拟了研究区多年地温场变化趋势以及抽灌井温度变化。结果表明地下水源热泵系统运行10年后部分组团出现大量冷堆积现象,影响供暖温度。依据本结果,结合场地条件,针对冷堆积现象采用太阳能辅助热源系统进行系统强化设计,并模拟研究强化后的地温场多年变化趋势,结果表明太阳能辅助热源系统可以有效提高供暖温度。     

基于高斯波束的2.5维数值模拟

由于具有计算速度快的优点,射线追踪方法在地震勘探中一直起着非常重要的作用。V.Cerveny在上世纪80年代初提出了高斯波束方法,该方法同时考虑了波的动力学和运动学特征,并且无需两点试射追踪,因而运算速度快且精度高;另外高斯波束对异常区波场有较好的效果,比如焦散点、阴影区、临界和超临界反射。研究的主要内容是2.5维简单结构模型的高斯波束法。利用2.5维模型进行数值计算相当于在二维空间内计算三维问题,可以节约很大一部分计算。     

基于FEFLOW的海水入侵数值模拟

在系统分析珠江口东岸地区地质及水文地质条件的基础上,建立了研究区海水入侵三维溶质模型,利用基于有限元原理的FEFLOW软件对建立的模型进行求解,用地下水位和浓度的动态观测资料对模型进行了识别和校验。运用识别后的模型预测了在不同开采条件下,研究区海水入侵的趋势。研究结果表明减少地下水开采量,海水入侵面积可逐步减少,入侵可得到有效控制;在减少开采量的情况下,相较于基岩裂隙含水层,第四系含水层海水入侵面积收缩较慢。     

基于数值模拟的含水层参数识别

利用地下水流数值模拟软件Modflow耦合大型抽水试验和长观孔水位两个模型的方法,对含水层参数进行了识别与校验,该方法求得的含水层参数避免了只利用抽水试验模型校验所带来的不确定性。同时利用抽水实验数据进行抽水与恢复的全过程曲线拟合,水位降深模拟相对误差小于6％,并且对均衡水量、泉水的溢出量以及末流场拟合程度进行了分析,均衡水量模拟相对误差最大为2．6％,泉水溢出量模拟相对误差最大为8．14％,末流场拟合程度也较好,从而提高了含水层参数的准确性。实例研究表明,这种求参方法精度高、切实可行,可以推广到其他的含水层参数确定中。     

基于数值模拟的浅层地下水资源论证

运用数值模拟软件对户县涝渭水源地潜水含水层进行分段模拟开采,并结合分段比选法在设计要求下对布井方案进行分段比选,确定整个水源地的最优布井方案。通过对水源地整体模拟开采,计算得出潜水含水层可开采量为76 800 m3/d,且最大降深未超过7 m,水源地地下水资源取得了较好的论证。通过实际应用看出:数值模拟方法在计算地下水可开采量方面具有易于计算、精度较高的特点,可提高小区域浅层地下水资源论证的质量。