两相流与溶液化学平衡相结合的地热井结垢模拟研究

水热型地热系统和干热岩增强型地热系统在运行一段时间后都有可能出现井筒和管道设备结垢现象,困扰和阻碍着地热资源的高效低成本开发。由于温度和压力变化导致CO2从地热水中逸出,进而使得CaCO3析出结垢,是地热生产井堵塞的主要原因。将两相流动换热计算与水溶液物理化学模拟相结合,针对地热井内CaCO3垢进行流动换热与化学组分变化的模拟和计算方法的研究,获得了特定地热条件下井筒内流动状况与化学组分变化情况的详细分析结果,可为井筒地热水流动进行结垢分析和预测。     

高温水源热泵在地热供暖中的应用

针对目前地热供暖应用的现状，介绍了一种全新的地热、高温水源热泵的供暖方案。在比较了各种常规的供暖模式的经济及环保效益的同时，为低温地热水、地热尾水及其它各种温度在30-60℃之间的中低品位余热水资源提供了一种高效、合理的利用途径。     

抑制高温地热流体碳酸钙结垢的复配阻垢剂研究

地热水结垢问题严重制约着地热能作为非碳可再生清洁能源的高效开发和利用,研究高效、环保和绿色阻垢剂对解决地热能利用过程中的结垢问题具有重要现实意义。选择常见的四种绿色阻垢剂[水解聚马来酸酐（HPMA）、聚天冬氨酸（PASP）、聚环氧琥珀酸（PESA）、聚丙烯酸（PAA）]进行复配实验,并对复配阻垢剂的阻垢性能进行研究,采用钙离子络合滴定法测定阻垢率。在80℃条件下,HPMA、PASP、PAA在最佳体积比（HPMA∶PASP∶PAA=1∶1∶4）下的阻垢率可达97%,高于单组分阻垢剂;温度高于100℃时阻垢率有所下降,但在210℃高温条件下,该复配阻垢剂的阻垢率仍可达93%;可用于抑制高温地热流体的碳酸钙结垢,具有工业推广应用前景。     

传统新安江模型在流域分布水文模拟中的应用

结合传统新安江模型的特点,基于DEM数据,借助GIS空间分析功能,提出了采用流域—产汇流分区—单元面积的流域空间离散法,给出了模型参数空间化的方法,以期使该模型更好地适应流域分布式水文模拟。     

四川地热流体水文地球化学及同位素特征简析

四川省范围内有沉积盆地型和隆起山地型两类地热资源,共划分五个地热区。从五个区采取的205组水样的水文地球化学特征及184组2H、18O和61组14C特征分析显示,四川省各地热区地热流体基本来自于大气降水补给,地热流体的水文地球化学和同位素特征与其所属的热储类型和热储开放性有关。盆地型热储主要为岩溶层状热储,山地型热储主要是变质岩为主的裂隙带状热储和层状带状复合型热储。盆地型热储开放性较山地型弱,地热流体矿化度和理疗元素含量均比山地型高,易形成深埋藏的卤水,地下水平均径流时间较山地型长。本研究可为四川省地热资源未来的开发利用规划提供参考。     

改进的SWAT模型在寒区水文循环模拟中的应用

针对SWAT模型在寒区水文循环模拟过程中存在的不足,对冻土条件下的地表径流模块和升华及土壤蒸发模块进行了改进,并以塔河流域为例,对模型改进前后的径流模拟结果进行了对比。结果表明,在全系列径流模拟中,改进后模型模拟精度有一定程度的提高;在春汛期径流模拟中,改进后模型模拟精度提高较明显,率定期和验证期相对误差绝对值分别下降12.57%、5.67%。对比研究结果证明,改进的SWAT模型在寒区水循环模拟中的适用性得到了进一步提高。     

HEC-HMS水文模型在圪洞流域洪水模拟中的应用

随着3S技术的发展,基于DEM的分布式水文模型的应用和研究已成为现代水文模型研究的热点内容之一。将流域性洪水模拟系统(HEC-HMS)应用于山西省吕梁市三川河一级支流—北川河上游圪洞水文站控制流域,利用圪洞水文站2005~2014年的实测资料进行洪水模拟,并分析了参数敏感性。其中产流计算选用Green and Ampt损失法、直接径流计算选用SCS单位线法、河道洪水演进选用Muskingum法,地下径流计算选用消退基流法。模拟结果显示,洪峰流量合格率为80%,洪量的合格率为90%,DC均值为0.71,洪峰出现时差均值为0.69h;模型参数中树冠截流量、地表截流量、土壤稳定下渗率、流域滞时及蓄量常数等较为敏感,而土壤湿润锋吸力和土壤饱和含水率等参数相对不敏感。研究结果表明HEC-HMS模型在我国干旱半干旱黄土丘陵地区具有较好的适用性,可为北方干旱半干旱黄土丘陵地区防洪预警提供依据。     

WRF-Hydro模式在水文模拟与预报应用中的研究进展

介绍了WRF-Hydro模式的应用进展,探讨和总结了WRF-Hydro在水文模拟与预报中的应用概况、主要参数的敏感性及在应用中WRF/WRF-Hydro双耦模式与WRF独立运行模式的异同。结果表明,WRFHydro能够对水循环关键要素如降水、土壤湿度、产流等实现在耦合、非耦合情况下的模拟和预报,是具有物理机制的数值预报工具,能够进一步改进水文气象要素的模拟和预报能力;在应用和分析其水文性能前,应对WRF-Hydro的主要参数进行敏感性试验和率定。通常,入渗系数被认为是对产流量影响最敏感的参数,曼宁糙率是对流量过程线影响最大的参数;与WRF模式相比,WRF/WRF-Hydro双耦模式能够在不同空间网格上实现对大气、陆面和水文过程的多尺度模拟,能够更好地模拟降雨和陆面水循环过程;WRF-Hydro与大气模式的耦合将成为未来大气水文耦合研究的发展趋势,但现在双向耦合的研究尚未完全成熟,还需在更多不同气候区的不同类型流域、针对不同降雨产流过程进行进一步的验证,同时开展参数优化技术研究,以提高水文气象要素的模拟预报能力。     

地热流体的腐蚀与结垢控制现状

在地热发电或直接利用过程中,与地热流体（液体或蒸汽）接触的设备、管道或管件存在着腐蚀和结垢现象,往往成为地热开发利用的技术瓶颈。因此,开展地热流体的腐蚀与结垢控制技术研究至关重要。本文主要分析了近年来国内外在地热流体的腐蚀和结垢控制方面的研究进展,包括选材、涂层、流体预处理、化学添加剂等控制方法,并提出了进一步的研究方向,包括全面的地热流体腐蚀结垢趋势预测及地球化学模拟,结垢机理研究,涂层和基底的结合力和耐久性研究,阴极保护以及复合控制方法开发等。     

甘孜地热井结垢分析及防垢对策

结垢问题是地热利用过程中面临的最重要问题之一,其对地热电站优化设计和安全运行有重要影响。本文选取甘孜地区某地热井作为研究对象,对放喷期间的地热水进行水质分析,根据拉申指数（LI）和雷兹诺指数（RI）判断腐蚀结垢趋势;同时对结垢成分进行了XRD分析,并明确了结垢原因和防垢措施。研究结果表明：地热水的RI为5.58,LI为0.19,说明地热水有结垢趋势,结垢程度为中等;垢的成分为CaCO3,垢的成因为流体减压造成CO2 从水中逸出导致CaCO3析出结垢;除垢方法采用化学洗井,阻垢措施推荐采用化学抑制剂。     

山西省洪洞县奥陶系岩溶水地热资源评价

洪洞地热田为断陷盆地碳酸盐岩深埋低温型地热田.研究采用热储法公式计算了洪洞县奥陶系岩溶水地热资源量,并对其开展了综合利用评价,为当地地热资源的合理开发利用提供了科学依据.     

从欧洲地热发展看我国地热开发利用问题

近年来,欧洲地热资源的开发利用取得了迅速的发展。我国地热能的开发利用与欧洲相比具有诸多的相似性。因此,欧洲地热利用的发展经验对我国地热开发利用具有重要的借鉴意义。本文介绍了欧洲地热开发利用的现状和趋势,分析总结了欧洲地热利用的发展模式,并针对我国地热的开发现状和存在的问题,提出了促进我国地热利用发展的对策和建议。     

地热流体开发利用中防垢除垢技术研究进展

地热流体结垢是阻碍地热资源稳定、经济和高效开发利用的因素之一。系统总结了中高温地热流体开发利用中防垢除垢技术研究进展。中高温地热田中代表性垢物是钙垢和硅垢,其中钙垢成分以CaCO₃为主,多形成于因压力下降导致CO₂脱气的开采井或者地面设备,硅垢成分以无定型SiO₂为主,多形成于因温度下降导致的溶解度减小的回灌井或者地面设备。实际生产中防垢除垢技术应结合地热流体利用方式进行选择和优化,直接利用方式可考虑采用基于CaCO₃和无定型SiO₂热力学性质的防垢技术;发电方式中钙垢可考虑阻垢剂注入的防垢技术,而硅垢则考虑利用石英和无定型SiO₂溶解度差异、调控温度、pH、无定型Si O₂浓度等防垢技术。     

地热流体在井筒中的流动及碳酸钙结垢过程模拟

以地热井筒流动和碳酸钙结垢过程为研究对象,建立了地热流体从井底到井口流动过程中的质量、能量以及压降数学模型并进行了求解。通过数学模型计算了质量流量和井口压力对应的关系;模拟分析了温度、压力、干度和CO₂分压沿井筒不同位置的变化情况;总结了井口干度、温度、压力和CO₂分压随热储压力、温度、流量、CO₂含量以及井壁粗糙度的变化规律;分析了结垢位置、结垢厚度以及结垢延续长度对井口压力的影响。结果表明,通过数学模型可以对井筒内的流动进行模拟,确定不同截面上的参数变化情况,并可进一步推导热储的特性变化情况。     

增强型地热系统中液-岩化学作用数值模拟研究

增强型地热系统（Enhanced Geothermal System, EGS）利用深层岩石中连通的裂隙网络进行流体工质循环,从而实现地热能的持续开采。EGS运行时循环流体工质会与深层岩石产生化学反应,引起岩石中矿物的溶解/沉积,使热储中的裂隙网络形貌产生动态变化,对地下流动与传热过程造成影响。本文分析了EGS中液–岩化学作用特点,详细阐述了在多孔介质热流动模型中耦合入液–岩化学反应的方法,基于已开发成功的EGS传热传质数值模型初步建立了传热–流动–化学（Thermal-Hydraulic-Chemical, THC）多场耦合数值模型,并使用该模型对五井布局EGS的长期运行过程进行了模拟分析,模拟时仅考虑方解石在水流体中溶解和沉积。模拟结果显示,循环流体的注入温度以及注入流体中的矿物离子浓度的设定十分重要。如果二者没有达到较为合适的“平衡”,就会导致注入井附近渗透率和孔隙率的持续变化,对EGS的导流能力造成极大影响。     

增强型地热系统水力压裂与声发射监测室内实验研究

增强型地热系统（enhanced geothermal system, EGS）以干热岩热能的开采和利用为目的,正逐渐成为世界各国的重点研究对象。除了建立EGS野外试验场开展实际场地研究和技术示范外,亦有必要开展相关的室内实验研究,研究或验证相关关键技术,为野外场地建设提供理论基础和技术支持。本课题组自主研发了模拟地下真实环境的实验系统,开展了尺寸为400 mm × 400 mm × 400 mm的花岗岩水力压裂实验,通过声发射事件监测到的声发射数据,分析了裂缝的扩展规律,并进行了初步的水力连通实验,探讨了各采出井的流量分配,研究了从注入井到生产井的水力连通特性。结果可为数值模拟提供基础数据,为野外试验场地的建设提供参考。