雄安新区雾迷山组岩溶热储成储机制及发育模式

雄安新区雾迷山组地热资源丰富,研究其岩溶热储特征及其形成机理对于雄安新区清洁地热资源的开发利用具有重要的理论意义和实用价值。前人已经对该区雾迷山组油气储集层的分布、古岩溶、成岩作用、储集空间等特征做过一定的研究,但对于该区雾迷山组地热资源的成储机制、特别是3期岩溶等成岩特征尚缺乏系统性的研究。充分利用野外露头、岩心、薄片和测录井等地质及地球物理资料,并结合区域地质背景的分析,对雄安新区雾迷山组的岩石学特征、成岩作用、岩溶热储的成储机制进行了深入研究,并建立了雄安新区雾迷山组岩溶热储的发育模式。结果表明：(1)雄安新区雾迷山组主要岩性为白云岩,主要的储集空间为次生孔隙和构造缝—构造溶蚀缝,热储孔渗变化较大;(2)雄安新区最主要的建设性成岩作用是3种溶蚀作用,包括同生—准同生溶蚀、表生溶蚀和埋藏溶蚀,主要破坏性成岩作用是压实作用和胶结作用;(3)根据构造演化、岩心及测井资料,将表生溶蚀作用划分为3期,分别是芹峪期、印支期和燕山—喜山期。芹峪期雾迷山组局部出露遭受淋滤,形成的溶孔经后期改造后不易识别;印支期大部分区域抬升并遭受淋滤,形成高孔渗储集层,后期遭受了进一步改造;燕山—喜山期是雄安新...     

基于热流固耦合的增强型地热有机朗肯循环发电系统性能分析

本文建立了耦合井筒、热储、有机朗肯循环发电系统的详细数学模型, 包括三维非稳态热流固耦合模型和有机朗肯循环发电系统热动力学模型, 参考青海省共和县恰卜恰干热岩体地热地质特征, 包括压裂储层、围岩、裂隙、井筒等特征参数, 研究了注入流量、注入温度和井间距对系统净输出功、年均净输出功和热效率的影响规律。结果表明: 在一定的注入流量、注入温度和净间距下, 随着时间的推移, 岩石孔隙压力和热应力作用使得裂隙渗透率增大, 注入泵功耗是降低的, 净输出功和热效率也是降低的。注入流量的增大提高了膨胀机轴功、注入泵功耗和生产温度衰减速率, 进而导致热效率降低, 存在最优的注入流量50 kg/s, 使得年均净输出功达到最大值1 470.1 kW。注入温度的增大可以提高系统热效率, 降低净输出功的年均衰减速率, 当注入温度为60 ℃时, 年均净输出功最大。井间距的增大减缓了生产温度的衰减速率, 有利于热效率的提高, 但是也同时也增大了膨胀机轴功和注入泵功耗。当分支井间距为450 m时, 年均净输出功达到最大值1 497.3 kW。此研究可为增强地热发电系统的开发利用提供指导。     

中深层套管式换热器可持续供热性能及优化设计研究

中深层套管式换热器的热提取具有“取热不取水”的特点,是我国北方地区稳妥推进中深层地热能供暖的重要技术之一。针对当前中深层套管式换热器在长期热提取期间供热性能不明的问题,本文基于可持续供热的运行特点,建立数值换热模型分析换热器水温、性能系数随运行年份的变化规律,并针对性地开展设计优化研究。结果表明:在可持续供热过程中,换热器水温在前5年的下降程度较为明显,运行至20年以后,基本不发生变化。换热器季节性能系数的下降程度受岩土体导热系数的影响较大,在1.5 W/(m·K)条件下的SPF₁、SPF₂分别下降11.50%和10.56%,在3.0 W/(m·K)条件下的SPF₁、SPF₂则分别下降4.73%和4.23%。岩土体导热系数越小,换热器供热性能的下降程度越明显。基于可持续供热性能的变化规律,提出以“准稳态特征年”的供热性能为基准进行设计,并综合考虑运行要求与节能性要求优化换热器的运行条件,明确了在不同地热特征参数、埋管深度下的最优运行流速与最佳供热负荷的分布情况,对中深层套管式换热器的高效可持续供热设...     

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。     

渭河盆地岩石圈热结构模拟及其对地热系统热源机理的启示

深部温度场与岩石圈热结构特征是认识地热系统深部热源机理的重要途径。本文在系统分析渭河盆地及其邻区现今大地热流特征基础上,基于旬邑—西峡宽角反射/折射地震测深剖面揭示的地壳分层结构,采用二维有限元方法,对渭北隆起、渭河盆地以及北秦岭构造带的深部温度场和岩石圈热结构开展数值模拟研究,在此基础上分析渭河盆地地热系统深部热源机理。结果表明,旬邑—西峡剖面上大地热流介于57.6～75.7mW/m²之间,平均为(70.4±4.7)mW/m²;地幔热流在29.5～38.6mW/m²之间,平均值为34.1mW/m²;莫霍面温度变化范围约在600～740℃之间;“热”岩石圈厚度约为95～110km。从渭北隆起—渭河盆地—秦岭造山带,大地热流、莫霍面温度和地幔热流值表现出低→高→低的变化规律,相应地“热”岩石圈厚度则表现出厚→薄→厚的变化趋势。渭河盆地地壳厚度减薄明显,莫霍面温度显著高于渭北隆起和秦岭造山带,暗示着渭河盆地地壳活动性显著。然而,从渭北隆起—渭河盆地—秦岭造山带,“热”岩石圈厚度变化范围不大,且渭河盆地内...     

渤海湾周缘高温地热异常特征及深部热结构分析

渤海湾周缘高温地热异常区是华北重要的地热资源区,研究其浅层高温地热异常及深层高温地热结构,是解决中国东部高温地热勘查开发瓶颈的重要基础,对加快构建东部现代能源体系、推进“双碳”目标进程具有重要的科学意义。利用最新的中国大陆岩石圈速度模型USTClitho2.0和航磁资料,在大地热流资料约束下,本文计算了渤海湾周缘浅层与深层高温热结构,结果表明:该区居里面平均深度20.8km,居里温度420℃,中、上地壳高温热结构与居里面起伏形态密切相关。上地壳生热率随深度增大而递减,反映了放射性生热元素向上迁移、在浅层富集的垂向分异特征。Moho面温度在600～800℃之间,岩石圈底界面1300℃等温面深度在66.3～97.5 km之间,平均值为76.8 km。依据USTClitho2.0模型Vp、Vs速度结构,本文修正了前人的地壳分层结构及上地壳生热率,计算了研究区内全部91个大地热流点的壳幔热流比,结果表明:Qc/Q=56.4%、Qm/Q=43.6%, Qc/Q>Qm/Q,显示该区为“热壳”结构。前人认为此区是“冷壳热幔”型热结构,本文的计算结果修正了前人的认识,指出上地壳层热流在地表总热流...     

乾陵地震台钻孔体应变观测资料分析

选取乾陵地震台2018—2020年钻孔体应变观测资料,进行完整性、年零漂和观测资料精度分析,通过采样调和分析,评价观测数据质量,并对自然环境变化、仪器系统故障和人为干扰对观测数据的影响进行分析,探讨该台钻孔体应变观测映震能力,认为： ①乾陵地震台体应变测项运行良好,观测数据质量较高; ②降雨、气压是影响体应变观测数据的主要干扰因素; ③体应变对全球7级以上、中国6级以上地震同震响应较明显,震级越大,同震响应持续时间越长。     

煤矿井下定向钻孔中电阻率探测技术与应用

受高瓦斯/承压奥灰水威胁的工作面开采前,一般采取定向钻进技术在工作面底板开展压裂或注浆工程保障开采安全。利用底板定向钻孔开展孔中探测工作,可更加精细揭露工作面内隐伏构造,还可实现“一孔多用”。为解决定向钻孔内的探测问题,提出一种在水平定向钻孔中进行直流电阻率法探查的方法。定向钻孔施工完毕后,退出定向钻孔施工的通缆钻杆,送入内平钻杆,将孔中高密度电缆通过钻杆尾端特制水便送入钻孔,使孔中电缆平铺于钻孔中,在定向钻孔水平段,进行孔内直流电阻率法径向探测。在理论上通过数值模拟研究层状介质下单孔测量工作模式的接收信号衰减规律、视电阻率曲线变化特征、顶底板岩性对测量结果的影响等,并采用单孔测量数据对孔旁异常范围进行反演定位。数值模拟研究表明,孔中电阻率探测方法对隐伏的异常体有良好的探测效果。通过在陕西韩城某矿井下实际煤层底板探测试验,对研究区2个定向抽采钻孔孔中探测数据进行处理,反演结果异常区与工作面内隐伏小断层位置吻合,验证了定向钻孔中电缆布置的可行性和定向钻孔内通过孔内径向和孔间透视探测隐伏构造的可靠性。      

河北保定岩溶地热结垢过程模拟及防垢对策

我国的地热发电以及部分供暖工程出现了比较严重的结垢现象,阻碍了地热能的大规模开发利用,目前地热市场急需成熟的防垢理论和工艺。地热工程的结垢现象尤以碳酸钙结垢最为普遍,为解决碳酸钙结垢问题,本文以华北保定岩溶地热井结垢为研究对象,通过理论和实验相结合的手段研究分析了垢质成分,成垢机理,结垢位置和过程以及防垢措施。研究结果表明:(1)系统降压造成的闪蒸是碳酸钙结垢的主因,液相二氧化碳逸出到气相是碳酸钙结垢的主要驱动力;(2)根据井口参数,结合质量、动量和能量守恒以及两相流压降理论,可以模拟结垢过程,确定结垢位置以及不同深度处的压力、温度、干度和二氧化碳分压等参数;(3)闪蒸造成的碳酸钙结垢,确定了闪蒸位置和闪蒸压力后,可以通过加压和加注阻垢剂的方式进行阻垢。通过模拟计算,确定了加压防垢系统所需的最低压力,通过控制系统压力可防止闪蒸,抑制二氧化碳逸出造成的结垢。设计了阻垢工艺,研制了阻垢剂加注设备,开展了井下化学阻垢实验并评价了阻垢效果,通过加注阻垢剂可有效阻止90%以上的垢生成,论证了通过加注化学阻垢剂可以有效解决碳酸钙结垢。通过上述研究,积累了从结垢原因分析,结垢位置确定,结垢过程模拟,防垢工艺和设备研发,防垢实践到阻垢效果现场评价一整套经验,可为其他地热井碳酸钙结垢问题的解决提供参考依据。