CO2地质储存过程中的地表变形数值模拟研究

本文以阿尔及利亚Salah场地为例, 利用CGS-THCM耦合模拟程序建立数值模型, 模拟不同方式注入CO2引起地表位移的变化规律, 提出将数值模拟手段与inSAR监测数据结合起来综合评估CO2地质封存工程中的CO2逃逸问题, 并建立了CO2逃逸-地表位移评估体系, 评估CGS工程中被封存的CO2是否逃逸以及逃逸量的大小。通过模拟结果可以看出:工程初期引起地表位移较小, 随着时间的增加, 引起的地表位移越来越明显, 而且注入量大、注入压力大都会引起相对较大的地表位移。     

增强型地热系统压裂和开采方案研究

增强型地热系统(Enhanced Geothermal System, EGS)是一种通过介质循环(水或CO2)来提取深部低渗、高温岩体中地热资源并将其用来发电及供暖的工程技术集成。水力压裂是EGS储层改造的主要方式, 储层改造的好坏直接关系到EGS最终的产能状况, 因此针对具体地质条件选择合适的水力压裂方案具有重要意义。本文基于大庆莺深2井的测井资料, 根据其地应力及岩性变化情况选定EGS开采潜力储层, 采用水平井及张开型压裂的储层改造方式, 对潜力储层进行了多种压裂方案数值模拟分析, 根据压裂模拟结果建立三维水热耦合模型, 进行了EGS发电潜力评估分析, 最终得出莺深2井EGS开采的最优压裂方案和开采方案。研究结果得出:水力裂缝的几何性质主要受地应力、支撑剂粒径和砂比影响, 在EGS中宜采用低砂比、阶梯式的泵注程序。同时, 在采用一注两抽的三水平井开采模式下, 10条裂缝的最优注入速率是30kg,s-1, 运行20a的发电量是0.60～1.23MW。     

露天煤矿开挖工程承压含水层井点降水数值分析

在掌握某露天煤矿水文地质条件和抽水试验成果的基础上,通过利用Modflow建立了较合理的渗流数值模型,分析了井点降水中承压含水层水位随时间的下降过程,并进行了实际分析,结果与实际观测结果吻合良好。在此基础上,开展预测研究,为进一步露天煤矿开挖降水设计提供理论依据。     

无网格伽辽金法应用的参数选择及内部边界处理

无网格辽金法作为-种新的岩土工程数值计算方法, 该法其只需节点信息的无单元特性, 使其具有计算优势。本文结合固结EFGM刚度矩阵公式, 对不同的计算参数进行计算分析, 找出其影响规律。并采用跳跃函数处理内部边界条件, 计算结果表明, EFGM处理内部场函数不连续是准确的。     

EFG法在土体固结中的应用

EFGM作为一种新的数值计算方法，具有只需节点信息而无段单元的特性，故在解固结方程方面有很大的优势。在计算分析中，此法容易构造固结方程的EFGM刚度矩阵和处理不同边界条件。对单面排水等条件的计算结果表明，EFGM在解决固结变形问题上，精度较高，处理边界准确。     

螺旋叶片强化中深层地热同轴换热器换热性能数值模拟

为强化同轴换热器在中深层地热开发中的传热效果,提出一种螺旋叶片形式新型地热同轴换热器。通过建立内插不同间距(d=200、150、100 mm)螺旋叶片的换热器数值模型,模拟套管中换热流体特性。结果表明：在Re=4 500～11 500的湍流状态下,螺旋叶片作为扰流元件,通过改变流体的流动形态和热边界层厚度,可以有效强化换热器的单相对流换热效果,提高开采岩土体热量的能力。随着间距减小,强化换热效果进一步增强,努赛尔数(Nu)增大。当间距d=100 mm时,强化传热效果最好,综合换热能力最强,较光滑管的Nu提高了41.05%～44.18%,传热增强因子TEF为1.16,该工作为同轴套管换热器的优化设计提供了理论基础。     

水源热泵室内模拟及实验研究

介绍了地源热泵、水源热泵的发展现状及前景,以及国内外的主要研究方向。针对水源热泵试验研究的缺乏,在室内建立了一套组合型水源热泵模拟仪,进行了相关的模拟实验,并对实验结果分析、模拟,通过控制不同水温,不同水量的回灌得出了回灌试验的以下传热特征:增加回灌水量对周围砂土温度的影响小于升高回灌水温对周围砂土温度的影响;回灌水向下的热扩散强于向上的热扩散;通过控制回灌量,改变回灌水的初始温度得出在水平及竖直方向上对砂土的温度场影响范围,为开发水源热泵技术提供了可供参考的数据。数值模拟了井回灌实验的温度场,并和试验数据对比。依据试验结果,运用傅立叶定律验证了饱和砂土的导热率。讨论了水源热泵室内模拟及理论分析对水源热泵设计的意义。     

“打滑”岩层回转钻进采用低工艺规程初探

通过对岩石破碎机理的再探讨,提出在坚硬致密弱研磨性岩层（俗称＂打滑＂地层）的金刚石回转钻进中采用低工艺规程,在探索和实际应用中取得很好的效果,尤其在中深孔中转速开不上去时也取得好的效果。     

降水效果的数值分析和设计优化研究

降水在各类工程中使用的越来越多,已形成了一套设计和施工方法,但其降水效果分析却少有人研究。针对某露天煤矿开挖中的降水疏干工程,开展了大规模的数值模拟研究。在掌握水文地质条件的基础上,通过Modflow建立了较合理的数值模型,对不同工况的降水效果进行了详细的分析,实际计算表明,加井时间、调整单井抽水量、井的数目、井的排列以及它们的相互作用对降水效果有很大影响。分批次、分时段、优化井排列和调整单井抽水量是提高降水效果的设计措施和优化设计的重要影响因素,这些因素的作用规律将为降水设计和施工以及实际工程效果提供重要理论依据。     

花岗岩单裂隙渗流传热特性试验

基于岩石裂隙渗流传热试验系统,以蒸馏水为换热工质,针对预制平滑裂隙与粗糙裂隙的花岗岩岩样,开展不同试验温度与水流条件下的单裂隙对流换热特性试验研究。试验结果表明：①同一温度水平下,对流换热系数的量值与流量呈正相关关系,但对流换热系数的增幅大于流量的增幅,随岩石基质温度的升高,相同流量水平下的对流换热系数呈增大趋势;②与平滑裂隙试验结果相比,粗糙裂隙面的对流换热强度有所提高,但增幅不大;③沿渗流路径,裂隙面局部对流换热强度的演化呈现多波峰的非线性特征,其中粗糙裂隙的非线性更加强烈。但二者均存在由进水口至出水口,换热强度逐渐减弱的特征。④努塞尔数与普朗特数1/3次方的商与雷诺数较好地满足幂指数关系,随着试验温度的升高,这种关系逐渐向线性转变。