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套管式地埋管换热器是深层地源热泵系统常用的换热装置。基于流体流动换热方程，建立套管式地埋管换热器与周围岩体之间的传热模型。以第一个供暖季为例，分析内管导热系数和循环水流量对换热性能的影响，并引入换热器效能对热短路现象进行评估，研究结果显示:内管导热系数越大，热短路现象越显著；热短路使内外管中循环水温差降低，管内出现热堆积，导致换热器换热功率降低；套管式地埋管换热器的换热功率随循环水流量的增大逐渐增大；内外管之间存在热短路时，出口水温随循环水流量的增大先升高后降低，随着流量增大，换热器效能增大。研究成果可为深层地源热泵系统中地埋管换热器的设计提供借鉴。 相似文献
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积极推进中深层地热能供暖技术,是践行国家碳达峰碳中和“双碳”目标的重要举措。中深层同轴套管式换热系统可避免对地下水资源和环境造成损害,且影响要素之间存在着复杂的非线性相互作用。基于中深层同轴套管式换热器的理论分析和数学描述,建立地热井分层换热模型,并验证其可靠性;以陕西关中盆地某中深层地热井为依托,采用数值模拟方法对各项因素影响下的地热井换热性能及连续运行过程的取热能力进行系统分析。结果表明：采用均质模型、分层模型计算地热井出水温度与实测值最大相对误差分别为14.08%、11.50%,平均误差分别为7.29%、6.93%,分层模型较均质模型具有较高的计算精度;影响因素中地热井深度、地温梯度及地层导热系数对取热功率影响最为显著,在一定程度上取热功率与地温梯度、进水温度、内管导热系数基本呈线性关系,且固井材料导热系数对传热过程具有热阻效应;中深层地热井取热量随运行年限的增加而降低,前5个供暖季取热量降幅较大,之后取热量降幅减缓,经过50个供暖季,年平均取热功率下降15.59%,将地温下降值超过1℃视为地温场受到影响,地温场平均受影响半径约为65 m,此外,由于地层的差异性,地热井周围地层温... 相似文献
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孙燕冬 《水文地质工程地质》2009,36(1)
2008年11月27～29日,由中国能源研究会地热专业委员会、中国石化集团新星石油有限责任公司和咸阳地热协会在陕西省咸阳市联合举办了“科学开发中国地热资源高层研讨会”。在技术研讨会上,到会的院士、专家围绕当前我国地热开发进展及发展战略、地热勘查、地热发电、地热供暖、地源热泵、增强型地热系统（干热岩）、地热尾水回灌等专题进行了阐述和深入的研讨。 相似文献
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天津市滨海新区东丽湖地区雾迷山组热储层为该区主要开发利用热储层,共有11眼地热井,由于集中开发利用,静水位埋深以每年3m速度下降。为了缓解水位下降,目前利用地热流体尾水进行回灌,水位埋深下降仍然较快。东丽湖地区有丰富的地表水水源,为增加回灌量,在丰水期利用处理后的湖水开展集中回灌,建成集中回灌系统。为研究集中回灌后研究区的动力场和温度场特征,在本区开凿1眼回灌井,进行回灌试验,确定该井的最大回灌率为152m~3/h。建立研究区的数值模型,模拟供暖季和非供暖季2种回灌方式下的动力场和温度场特征。供暖季回灌量为30×104m~3/a,平均到供暖季120d,回灌水温20℃,自然回灌方式;非供暖季采用湖水回灌,回灌量为40×104m~3/a,平均到丰水期120d,回灌水温20℃,自然回灌方式。在无湖水回灌和有湖水回灌条件下,预测1a和5a后研究区的动力场和温度场特征,结果表明,增加湖水回灌可减缓热储层压力下降速率,对温度场不会产生明显影响。 相似文献
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《华北地质矿产杂志》2014,(2):18-20
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北方的供暖季,雾霾频频造访。于是,地热这一清洁能源逐渐受到关注。实际上,在天津,地热资源的开发利用已经走在世界前列,技术上先后攻破了基岩和孔隙型热储回灌两大世界难题,形成了在保护中开发、在开发中保护的良好机制。 相似文献
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碳酸盐岩热储层具有地热资源丰富、开采条件好、单井涌水量大等特点,是中深层地热资源开发利用的主要热储层之一。在地热长期开采、尾水回灌过程中,既要保持抽灌井之间的水力联系,又要避免热突破的发生,对抽灌井热储层温度长期监测和热源分析计算,是地热资源可持续开发利用的重要课题。文章介绍了抽灌井分布式光纤测温技术,监测了碳酸盐岩热储抽水回灌对地温的影响,根据监测数据分析、计算了热储温度恢复的热源及热量。研究结果表明：受抽灌井间距较小和碳酸盐岩热储优势通道的影响,供暖后第6天,抽水井热储温度明显下降,平均降幅1.6℃,抽灌井产生了热突破;因长期大量低温尾水回灌,第二个供暖季之前回灌井热储温度未能恢复到初始温度,抽水井温度基本恢复;经分析计算,储层热量恢复的主要来源为地热水对流聚热,其次为高温储层、地热水传导聚热。基于该研究结果,在大规模回灌条件下,回灌井温度降低,抽灌井发生热突破是必然的发展趋势,深入开展抽灌井合理井距研究、防止短时间内发生热突破,对促进地热资源可持续开发利用是非常必要的。 相似文献
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地热井钻取优质的地热水是采灌型地热能供暖系统的前提条件,是影响整个水热型地热能项目经济效益的最敏感因素,而钻井关键技术对地热井的成井质量具有重要意义,对地区地热产业的发展有着举足轻重的作用。根据韩城地区地热资源赋存的地质特征及开发过程中遇到的难点,在理论分析和试验研究的基础上,研究了韩城地区地热钻井施工的关键技术问题,提出韩城地区地热钻井取热供暖五大关键技术问题：防塌高效钻井技术,地热井止水工艺,酸化增产增灌处理措施,原位采灌工程优化布置,梯级换热与回灌技术。通过对生产过程中遇到的技术难题进行理论分析,提出解决问题的关键技术,对五大关键技术进行了逐一阐述。这些关键技术对于韩城地区开发利用中深层地热资源具有重要的科学与工程意义,也可为其它地区提供借鉴。 相似文献
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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... 相似文献
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地热流体经供暖利用后尾水温度降低,经过滤、排气处理后的尾水中仍含有不同粒径的悬浮物、气体,因此回灌不可避免的会对储层造成负面影响,如堵塞储层导致回灌量衰减、热储温度降低甚至产生热突破等,这严重阻碍了地热回灌的长期可持续运行。评价回灌对储层的影响,对下一步全面推进、科学回灌及合理可持续开发利用、保护地热资源具有重要意义。本文以近几年鲁西北坳陷区开展的馆陶组热储回灌试验为基础,设立了一套评价指标,即用回灌前、后水质的变化率评价回灌对热储流体的影响,温度的变化率评价回灌对热储温度的影响,单位涌水量变化率、渗透系数的比值和单位回灌量比值评价回灌堵塞程度并确定了分级标准。评价结果表明,回灌不会改变储层流体的化学类型;回灌堵塞主要发生在回灌井周围,相比回灌前,回灌后回灌井的单位涌水量降低14.3%～59.0%、渗透系数为原来的41%～86%,末期单位回灌量为初期回灌量的51%～92%,回灌堵塞程度为轻度到严重。采灌井距180～500m,历经一个供暖季回灌对热储温度的影响较小,但回灌导致回灌井周边热储温度明显降低,历经一个非回灌期224d,从35. 7℃恢复到40. 53℃,恢复速率为0. 036～0. 022℃/d,还需658d才能恢复到原热储温度(55℃)。本区热储水位仍呈下降趋势,但回灌可延缓热储水位的下降速度。 相似文献
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Simulation of heat transfer performance using middle-deep coaxial borehole heat exchangers by FEFLOW 
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下载免费PDF全文 Due to its large heat transfer area and stable thermal performance,the middle-deep coaxial borehole heat exchanger (CBHE) has become one of the emerging technologies to extract geothermal energy. In this paper,a numerical modeling on a three-dimensional unsteady heat transfer model of a CBHE was conducted by using software FEFLOW,in which the model simulation was compared with the other studies and was validated with experimental data. On this basis,a further simulation was done in respect of assessing the influencing factors of thermal extraction performance and thermal influence radius of the CBHE. The results show that the outlet temperature of the heat exchanger decreases rapidly at the initial stage,and then tended to be stable; and the thermal influence radius increases with the increase of borehole depth. The heat extraction rate of the borehole increases linearly with the geothermal gradient. Rock heat capacity has limited impact on the heat extraction rate,but has a great influence on the thermal influence radius of the CBHE. When there is groundwater flow in the reservoir,the increase of groundwater velocity will result in the rise of both outlet temperature and heat extraction rate. The heat affected zone extends along with the groundwater flow direction; and its influence radius is increasing along with flow velocity. In addition,the material of the inner pipe has a significant effect on the heat loss in the pipe,so it is recommended that the material with low thermal conductivity should be used if possible. 相似文献
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中生代、新生代时期地壳剧烈运动将胶东半岛划分为胶北隆起、胶莱凹陷、胶南-威海隆起三大构造单元,其中隆起山地区广泛分布花岗岩、变质岩,凹陷盆地区主要分布砂岩沉积地层,胶北隆起区与威海隆起区相对于胶莱凹陷盆地区具有更高的大地热流值.为系统分析胶东半岛大地热流值分布特征及其形成机理,本文在分析胶东半岛构造-热发展史、地热地质背景、地温场分布、岩石热导率、钻孔岩性与测温数据、地热流体化学成分等基础上,发现胶东半岛地热资源均为断裂构造控制类型的中低温对流型,其热源主要为三元聚热:导热断裂带水热对流、大地热流传导、地下水运移传导-对流;构造分布、岩石热物性、地热热储分布、地下水活动等是影响地温场分布的主要因素.针对胶东半岛地温场特征及其控制因素,提出了适合该地区的隆起-凹陷分流聚热模式与概念模型,即隆起山地区岩性以导热率、渗透率相对较高的侵入岩、变质岩为主,凹陷盆地区岩性以导热率、渗透率相对较低的砂岩为主,低导热率、低渗透率的凹陷区底部更像是一个相对隔热、隔水的顶板,使得来自地壳深部的大地热流及携带热量的流体、气体等在上涌的过程中在凹陷区的底部发生折射与再分配,从而导致热流在隆起山地区的底部形成一个温度相对更高的聚热区,反映在地表即是隆起山地区相对凹陷盆地区具有更高的大地热流值,特别隆起山地区轴部位置为热流值最高的区域,高热流值区域分布形态呈NE、NNE向分布,基本与胶东半岛NE、NNE向的深大断裂走向一致,该模式的提出可以更好地为胶东地区的地热资源勘探提供指导方向. 相似文献
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The installation cost and the performance of geothermal heat pump systems are influenced by the thermal state and properties of the subsurface. The ground ability to transfer heat described by thermal conductivity is a dominant factor affecting the favorability of closed-loop ground heat exchangers installed in vertical boreholes. A study that aimed at evaluating the geothermal heat pump potential by mapping the thermal conductivity of rock sequences was, therefore, performed for the St. Lawrence Lowlands sedimentary basin in Canada. Thermal conductivity was measured in the laboratory on rock samples collected in outcrops and used to complete design calculations of a geothermal system with a single borehole. Results allowed the definition of thermostratigraphic units that can be linked to depositional environments. Basal quartz-rich sandstones formed in a rift environment show a high geothermal potential. Overlying dolomites, argillaceous limestones and shales deposited in a passive margin evolving to a foreland basin exhibit a transition toward the top from high to low geothermal potential. Upper turbidites and molasses have a moderate geothermal potential. The thermal conductivity of the thermostratigraphic units is dominantly influenced by the mineralogy of the sedimentary rocks. Understanding their origin is a key to improve geothermal resource assessment and system design to anticipate new installations in the area. 相似文献
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地下热水开采过程,井筒周围持续散热导致地热水温度降低形成了井筒温度损失。目前关于井筒温度损失的研究很少,在地热利用方案的编写过程中难以确定设计排量下的井口热水温度,致使后续井网部署及单井配产困难,配产量与实际用热需求易产生供需矛盾。该文首次建立了地热井井筒温度损失模型。借助大型有限元软件COMSOL Multiphysics,以华北油田某潜山区块实际生产数据为例,进行热采井筒温度损失影响因素分析,并分别对实际生产中雾迷山组热水井和高于庄组热水井井筒温度损失进行了预测,为下一步地热开采方案的编制提供借鉴和理论指导。 相似文献
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鲁北地区于2001年已陆续开始应用热泵技术开发浅层地热能,但区内的浅层地热能资源评价工作却严重滞后,制约了区内浅层地热能资源的开发和合理利用。为促进鲁北地区浅层地热能的开发利用,省政府拿出专项资金,开展了鲁北地区浅层地热能的资源评价工作,前期在调查区域内开发利用现状和摸清地质条件的基础上,采用层次分析法,分别对地下水换热方式和地埋管换热方式进行了开发利用适宜性分区,采用热储体积法对该区的浅层地热容量进行了计算,得出鲁北地区浅层地热容量为29．386×10^15 kJ/℃;并根据适宜性分区结果,分别对地下水式和地埋管式地源热泵适宜区、较适宜区可利用换热量也进行了计算,得出地下水式地源热泵200 m以浅可利用换热量为0．8489×10^10kW·h,地埋管式地源热泵200m以浅可利用换热量为6．5261×10^12kW·h。 相似文献
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高温作用会导致岩石内部结构发生变化,并对其热物理性质有着显著影响。因此,研究高温作用后岩石热物理性质的变化规律对地热系统及存在热流传播问题的地下工程具有指导意义。试验利用高温炉和Hot Disk热常数分析仪研究了高温作用后砂岩热物理性质的变化特征。研究表明:砂岩的热导率、比热、热扩散率随温度整体呈下降趋势,可分为25℃~100℃,100℃~400℃,400℃~600℃,600℃~900℃四个阶段;25℃~100℃,砂岩热导率、比热、热扩散率因附着水蒸发急剧减小;100℃~400℃,砂岩热导率、热扩散率变化平缓,比热因含水量的降低减小得较快;400℃~600℃,砂岩中结晶水、结构水的蒸发及石英的相变导致微裂隙发育、延伸,进而引起热导率、比热、热扩散率持续下降;600℃~900℃,砂岩中矿物发生分解、熔融破裂,热破裂进一步增加与扩展,这个阶段内热导率、比热迅速下降,但热扩散率基本稳定。 相似文献
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具有无污染、可再生、分布广、储量大以及可就近利用等诸多优势的地热能是一种洁净能源,应用前景广阔。地热能的开发利用与区域地温场划分紧密相关,关于关中盆地整体地温场划分的研究鲜有报道。根据关中盆地的工程地质、水文地质、环境地质条件等因素,总结了岩体类和砂土类的热物性质特征。通过灰色关联分析方法,分析了岩土体热物性参数的影响因素,认为干燥重度对导热系数的影响程度最大,含水率、天然重度、孔隙率三者影响程度相近;干燥重度对比热容影响程度最大,天然重度次之,含水率和孔隙率影响最弱。利用盆地内多个地温常观孔,绘制了地温变化曲线和地温梯度等值线,认为关中盆地常温带位于15~20 m埋深处,地温梯度总体呈中部高、东西低,固市凹陷、西安凹陷、蒲城凸起、断裂及断裂汇合区域地温梯度较大,宝鸡凸起、咸礼凸起以及临蓝凸起地温梯度较小,产生差异的原因包括地质构造、地下水活动、岩土体热物性参数等三方面。利用热物性参数和地温梯度值,计算了盆地内浅层和深层的大地热流值,并分析了两者差异的成因,经对比全国区域地热资料,认为关中盆地是一个复杂的坳陷型中低温地热田,地热资源潜力巨大,居全国上游。该文旨在系统地分析关中盆地地温场特征,为地热能的勘查评价提供基础数据支持,促进关中盆地地热开发利用,为构建环境友好型社会服务。 相似文献