地热资源开发过程中潜在地下水环境问题

地热资源开发利用与地下水运动和水环境演化密切相关。为了给我国大规模地热资源绿色开发与利用提供参考,本文综述了浅层地热资源、中深层水热型地热资源及深部干热岩型地热资源开发现状和典型开采技术。其中：浅层地热资源的开发模式分为土壤源热泵和地下水源热泵;中深层水热型地热资源开发模式主要有直接开采、采灌结合和单井循环;深部干热岩型地热资源通过水力压裂或化学刺激等储层改造技术,形成增强型地热系统(EGS)。结合报道实际案例,评述了地热资源开发对地下水资源与环境的潜在影响,包括地源热泵技术可能导致冷热堆积、水热开采可能引起地下水位下降、干热岩水力压裂可能诱发微地震事件,以及压裂液泄露可能造成化学污染等。针对地热开发对地下水土环境造成的负面影响,提出了有助于地热资源绿色开发的相应措施,包括提高回灌能力、采灌过程中保持水量平衡、保持换热效率与地下热量新平衡,及采用新型材料等。     

武汉黏土Duncan本构模型参数研究

通过常规三轴压缩排水试验,确定了武汉正常固结黏土的Duncan Et-?t模型、Et-Bt模型及常值?t模型参数;通过三轴试样的有限元变形分析,验证了模型参数的合理性与有效性,为武汉地区Duncan本构模型的应用提供了参考。针对Duncan Et-?t模型基于?1-?3曲线为双曲线关系假设,而实际试验曲线常常偏离理想的双曲线关系,造成?t参数拟合的困难,提出利用通过应力水平为70 %与95 %对应点的直线拟合?3 /?1与?3之间线性关系从而确定?t模型参数的改进方法,并将该模型参数用于三轴试样的体积变形预测,经与Duncan Et-Bt、Duncan Et和常值?t模型参数预测结果的对比,发现该方法与试验结果有更好的一致性,并具有简单方便的优点。     

花岗岩型干热岩体与不同注入水体相互作用研究

增强型地热系统(EGS)开发过程中,需要注入循环水体完成提热,但水体注入后与干热岩体反应会产生矿物溶解(或沉淀),破坏人工储层,影响地热能开发。本文以河北马头营区花岗岩型干热岩为研究对象,与该地区地下水、海水、纯水反应,并结合Phreeqc水文地球化学模拟,分析水岩相互作用后干热岩体的矿物变化与注入水体的化学成分变化规律。研究结果表明,不同注入水体与干热岩进行水岩作用,会产生不同类型的矿物溶解与沉淀,海水最终沉淀量较地下水低,主要原因是海水与干热岩体反应生成了具有吸附能力的沸石;适当减少海水中Cl^-含量,将处理过的海水作为循环水体将具有强大的潜力和效益。     

二氧化碳羽流地热系统中井间距和储层渗透率对热提取率的影响:以松辽盆地为例

二氧化碳羽流地热系统(CPGS)是一种新的地热能的开采技术,其以超临界CO₂作为地下热能载体,利用天然孔隙介质,实现深部地热资源的提取与CO₂地质储存的双重目的。以松辽盆地中央凹陷区泉头组三、四段为目标储层,运用TOUGH2/ECO2H软件建立了平面二维羽流地热模型,且对地下载热流体进行了数值模拟,定量分析了注入井与生产井井间距离以及储层渗透率对热提取率的影响。模拟结果显示,羽流地热系统的热提取率随着注入井与生产井的井间距离和储层渗透率的增大而增大。为提高CO₂羽流地热系统的能量输出,应选择“中等渗透率(模型为10-15~10-14m2)、注入井与生产井的井间距离长(模型为707.10 m)”的地层作为热储层。      

江西省永修地区盛夏气温和汛期降水变化特征及其预测模型

利用逐日气温和降水资料,对江西省永修地区1961—2015年盛夏(7—8月)气温和汛期(4—6月)降水的变化规律进行分析。结果表明,永修地区盛夏气温和汛期降水均存在25—30 a的变化周期,但在全球变暖的大背景下,两者自1961年以后均未表现出明显的长期变化趋势。通过相关性分析从大气环流指数和外强迫指数中筛选影响永修地区降水和气温的显著相关因子,并采用逐步回归法构建永修地区盛夏气温预测模型和汛期降水预测模型。模拟和预测试验结果表明,气温、降水预测模型不仅能较好地模拟出1961—2010年永修地区盛夏气温和汛期降水的变化,还能很好地分别预报出2011—2015年永修地区盛夏气温和汛期降水。     

化学刺激技术在干热岩储层改造中的应用与最新进展

干热岩是一种没有水(或含有少量水而不流动)的高温(180℃)岩体,多为变质岩或花岗岩,岩性致密,很少存在孔隙或裂隙,渗透性极差。增强型地热系统(Enhanced Geothermal System,EGS)是利用水力压裂、化学刺激等措施形成人工地热储层,通过注入载热流体从低渗透性干热岩中经济有效地开采出热能的人工地热开采系统,是开发干热岩型地热资源的有效方法。增强型地热系统成功的关键在于可控性良好的储层改造手段,化学刺激即为储层改造常用的方法之一。通过回顾国内外有关增强型地热系统储层改造中化学刺激技术研究的最新成果,总结了实际应用化学刺激技术的增强型地热系统工程经验。结果表明:增强型地热系统中采用的化学刺激剂多数为酸性化学刺激剂,其中螯合酸具有阻垢性、缓速性、催化性、二次沉淀少、腐蚀性弱等优点,能够实现深穿透、低伤害的储层激发;单一的碱性化学刺激剂(NaOH和Na_2CO_3)的室内实验结果较为理想,但是场地应用效果并不令人满意,添加了NTA、EDTA等螯合剂的碱性化学刺激剂可减少次生沉淀的生成,从而取得良好的储层改造效果。最后,针对青海共和盆地正在开展的干热岩开发示范工程项目,提出热刺激和碱性化学刺激联合的储层刺激工艺,该工艺有可能在深部高温岩体中产生改造体积更大的地热储层,提高储层改造的效果。     

茂名放鸡岛海域水体重金属的分布与污染评价

根据 2004 年 12 月和 2005 年 11 月对茂名放鸡岛海域进行的两次详细的重金属污染调查,分析了该海域水体重金属含量特征及分布特点,并按综合指数 WQI 法进行评价,分析其污染来源和影响因子.结果表明茂名放鸡岛海域超标重金属主要是汞、砷和铅,重金属污染的区域主要分布在小放鸡岛周围,莲头西、南以及大放鸡岛北,小部分分散在距大放鸡岛较远的南部海域.对比两年的调查结果,2005 年茂名放鸡岛海域的重金属污染有加重的趋势.     

松花江流域季节性气象干旱特征及风险区划研究

利用松花江流域67个代表性气象站1960~2009年气象观测资料,采用标准化降水指数（SPI）为评价指标,计算松花江流域50 a中各季干旱指数,在此基础上分析了流域季节性气象干旱演变特征及规律,研究发现,松花江流域气象干旱呈现出明显的空间分带性和季节分带性。从地域变化来看,流域干旱区主要分布在东北、西南部;从季度变化来看,春旱和夏旱是流域气象干旱的主要类型,夏季干旱最严重,春季次之。建立评价指标体系实现了基于GIS技术的气象干旱风险区划,针对不同风险区提出相应的抗旱措施,为流域有效应对干旱灾害提供依据。