咸水层储能回灌溶液盐度变化对含水介质渗透性能的影响

基于现场勘测结果,结合实验室现有条件,建立定流量供液一维砂柱渗流系统。通过对砂柱试验系统进行回灌溶液盐度突、渐变试验,结合双电层理论揭示咸水层储能过程中含水介质渗透性能以及空间结构变化的主要原因。研究结果表明,地下咸水层储能过程中,回灌溶液盐度发生变化造成含水介质粘粒产生释放、迁移与聚沉现象,最终导致渗透性能在相对短时间内发生变化。回灌溶液盐度变化幅度与递减梯度越大,粘粒释放量也越大,渗透系数变化幅度增大。在回灌100%去离子水突变试验中,流出溶液粘粒浓度最高达8.6 g/L,相对渗透系数下降53.8%;渐变试验中,流出溶液粘粒浓度最高只有3.7 g/L,相对渗透系数只下降28%。     

回灌溶液温度对咸水层渗透性能的影响

作为清洁环保的供暖和制冷方式,季节性含水层储能与热泵技术相耦合,具有很好的经济效益和环境效益。然而,当咸水储层作为储能介质时,由于回灌溶液盐度和温度的变化会导致咸水层中黏土颗粒的释放、运移和沉积,引起孔隙通道的堵塞,造成储层的渗透性能降低。通过室内一维砂柱实验,在不同回灌水头下采用不同温度的地下原水回灌时,对溶液在含有蒙脱石矿物成分的砂样中的渗透系数变化进行了实验测试,分析了回灌温度对含水层渗透性能的影响。结果显示:随着回灌温度升高,溶液在砂样内的渗透系数减小;回灌溶液温度越高,渗透系数下降程度越大,当回灌水头为0.10 m时,回灌溶液温度由5升高至80℃,渗透系数下降了14.0%;在回灌温度一定的情况下,回灌水头差越大,渗透系数下降的幅度越大,当回灌水头为0.20和0.48 m时,溶液在砂样中的渗透系数分别下降了16.0%和18.2%。通过定量地分析流体在储层内的渗透系数与回灌温度的变化规律,得到了不同回灌水头下,溶液渗透系数与回灌温度间的函数关系。     

回灌盐度和水头对咸水储层渗透性能的影响

针对咸水储层由于水质类型复杂及粘土矿物成分的存在,在回灌溶液盐度改变的情况下,含水层多孔介质内发生胶体粘粒释放,引起储层渗透性能和传热特性改变的问题,搭建一维渗流砂柱实验系统,研究粘土矿物成分、回灌盐度和回灌水头对砂样渗透性能的影响,得到含有蒙脱石砂样的渗透系数随回灌盐度的实验关联式。结果表明:咸水储层渗透性能变化的主要影响因素是粘土矿物的类型和含量以及回灌溶液盐度的变化,回灌水头对咸水储层渗透性能的影响较小。在粘土矿物成分中蒙脱石导致储层渗透性能降低幅度最大,其次是伊利石和高岭石;蒙脱石的含量越多,储层渗透性能降低越显著。     

多井同期抽灌储能模式咸水层热运移特性研究

基于含水层储能水、热运移的基本理论与控制方程,针对地下咸水层储能过程中渗流溶液密度及粘滞性系数变化显著的特点,对现有的地下含水层储能数学模型进行修正、完善,建立地下咸水层耦合储能模型,探索不同储能模式下含水层温度场变化规律及阶段性热量运移特征。研究结果得到,采用地下原水与去离子水回灌时,在储热运行期与间歇停运期粗粉砂层中热作用半径变化率分别为0.272m/d、0.008m/d,0.348 m/d、-0.04 m/d。在储能阶段,伴随回灌溶液温度上升、盐度降低,地下水渗流速度上升,导致对流换热与热弥散效应增强；间歇阶段,则由于地下咸水与回灌溶液间盐度梯度增大,在分子扩散作用下回灌溶液温度场影响范围减弱。     

含甲烷水合物多孔介质渗透性的实验研究

为研究多孔介质中甲烷水合物对其渗透性的影响,开发了一套适合在该条件下测量渗透性的实验装置。研究了多孔介质孔隙度与渗透率的关系;用BZ-01、BZ-02玻璃砂模拟多孔介质进行了渗透率测量实验,测试了不同甲烷水合物饱和度下多孔介质渗透率的变化情况。结果表明,多孔介质中甲烷水合物的存在会导致其渗透率急剧下降,饱和度-渗透率曲线呈指数分布。根据实验数据拟合出了渗透率随饱和度变化的经验公式,并将实验数据与渗透率模型进行了比较,发现在实验条件下生成的甲烷水合物符合平行毛细管模型,水合物占据毛细管中心,多孔介质中的流动形成环状流。     

砂岩和碳酸盐岩的酸性改向缔合聚合物技术开发

本文介绍缔合聚合物技术在酸化处理过程中使流体改向的作用．缔合聚合物技术包括使用一种粘度非常低的含水聚合物溶液．这种溶液与储层表面一经接触便立即发生反应，从而大大降低了后注含水流体向岩石高渗透层渗流的能力．第一阶段注入的舍缔合聚合物流体大部分进入高渗透区域，使接下来注入的酸改向进入渗透率相对较低的区域．缔合聚合物技术对剩余油的流动产出没有或只有极小的影响．而且，在岩石中，包括大部分砂岩类岩石，经处理后的层段水相渗透率永久性地降低，从而降低了酸化处理后的岩层产水率．文章详细描述了缔合聚合物技术及其性质，以及当前系统试验的发展情况．实验数据说明，缔合聚合物技对术降低含水流体通过多孔介质能力的效果．利用水饱、油饱和岩心所作的平行流动试验证明缔合聚合物技术在砂岩和碳酸盐岩中使酸液改向的作用．这些试验同时也证明：在水饱和岩心中，缔合聚合物技术降低了水相渗透率；改向的酸增加了油相渗透率．     

中低温孔隙地热田回灌试验研究

以天津武清地热田为例,探讨在孔隙介质地热田开展回灌的技术可行性,武清地热田主要开采层为第3系馆陶组砂岩,热付层温度76－86℃,1998年总开采量达到1.18Mm^3。经过数学模型预测该热储水位降深将在近期内趋于稳定。在无回灌条件下,如果以最大开采量持续开采,将导致5年内水位下降到105m。如果增加3眼回灌井,闰下降幅度将减缓15m。此外,计算了在回灌过程中各种不同情况下冷锋面的运移速度,并进一步探讨了示踪剂试验的可行性。     

渗滤池砂样对回灌水中污染物去除的研究

采用室内砂柱实验研究了渗滤池回灌过程中的渗滤层堵塞特征和水质变化规律,通过测定渗透系数定量分析了砂柱的堵塞程度并在回灌过程中测定砂柱不同位置水样的悬浮物浓度、TOC、高锰酸盐指数、总氮、无机阴离子等的变化.结果表明,回灌水中的悬浮物颗粒充填含水介质空隙引起的机械堵塞为砂柱堵塞的主要原因,砂柱对回灌水具有明显的去除作用,但对回灌水中的有机物、还原性污染物去除作用有限,当回灌水的污染物浓度较高时,地下水将被持续污染.     

多孔介质中存在吸附聚合物下的气／水流动：非达西效应的试验研究

这篇文章的目的是介绍在单一均质的多孔介质中，存在吸附聚合物影响的情况下，气／水的非达西流的试验研究，从而与以前主要研究与分析的达西流进行对比。我们的研究主要集中在低平均压力状态下的气体流动情况，此时克氏效应即气体的滑动现象必须被考虑，以及气体在高速流动情况下，惯性影响的重要意义。 这里的试验研究报告，由注入水和氮的不同碳化硅样品颗粒堆积体组成，它具有不同渗透率。实验在不同的含水饱和度、聚合物吸附以前和以后、流动状态从滑流到惯性流的情况下实施。在达西流动状态下，所观察结果与以前的研究具有很好的一致性，我们发现随着束缚水饱和度的上升，水相相对渗透率显著下降，与此同时气相相对渗透率受影响较小。在气相平均压力很低且不存在聚合物时，随着含水饱和度的提高，克氏效应的等级提高，而对于相同的含水饱和度，当存在吸附聚合物层时，克氏效应减弱。在惯性流动的状态时，当吸附聚合物后注入气体，考虑含水饱和度和水相渗透率的改变，可以观察到惯性影响减弱。对实验资料的讨论根据提出的用于解释这些影响的假说展开。对于切实可运用的结论仍在探测中。     

中低温孔隙型地热田回灌试验研究

以天津武清地热田为例,探讨在孔隙介质地热田开展回灌的技术可行性,武清地热田主要开采层为第3系馆陶组砂岩,热储层温度76－86℃,1998年总开采量达到1.18Mn^-3,经过数学模型预测,该热储水位降深将在近期内趋于稳定,在无回灌条件下,如果以最大开采量持续开采,将导致5年内水位下降到105m,如果增加3眼回灌井,水位下降幅度将碱缓15m,此外,计算了在回藻过程中各种不同情况下冷锋面的运移速率,并进一步探讨了示踪剂试验的可行性。     

大容量压缩空气储能关键技术

目的  压缩空气储能作为一种长时储能方式,在削峰填谷、电网调峰、新能源消纳、辅助服务等方面具有广阔的应用空间,对于推动“碳中和、碳达峰”背景下加快推进构建以新能源为主体的新型电力系统具有重要意义。 方法  文章首先从压缩空气储能技术原理、技术分类对压缩空气储能的技术现状进行分析总结;根据已有技术,创造性地提出了中国能建压缩空气储能系统解决方案,即高压热水储热的“中温绝热压缩”技术路线以及低熔点熔盐+高压热水联合储热的“高温绝热压缩”技术路线,并介绍了系统集成及优化、主设备选型、储热介质、储气库、数字化网储协调等技术关键点。最后,围绕2条技术路线,分别介绍了相应的工程案例。 结果  研究表明,需要综合考虑压缩机系统、膨胀机系统、储热系统、储气系统等各系统的物质流、能量流耦合特点,开发适用于压缩空气储能用的压缩机、膨胀机、换热器等关键设备及地下储气库、网储协调等关键技术,进而提升电站转换效率。 结论  通过研究以期为后续开展压缩空气储能电站工程化提供科学参考。     

高温相变胶囊梯级储热系统实验研究北大核心CSCD

中高温相变储热及再利用的方式是低碳经济与工业生产的有效手段。为了更高效地实现工业高温废热的利用,本工作设计搭建并测试了一套高温相变胶囊梯级储热系统,采用了两种不同相变温度的多元碳酸盐材料作为储热材料,对换热工质空气的不同进口温度和进口流量的储放热过程进行了实验研究,研究内容主要包括储热罐中的温度变化、储热量以及储放热过程完成时间。实验结果表明在进口温度为500℃的工况下,系统的储热量可以达到30000 kJ,系统进口流量的提高会缩短储热时间,对系统总储热量影响较小,并分析了不同工况下储热罐体内相变材料平均液相率对系统总储热量的影响。同时测试发现系统中设置的空气预热器使得系统的高温尾气与常温进气进行热量交换,可以有效实现高温尾气的余热利用。相变实验的研究结果为高温相变储热技术的实际应用提供了系统运行参数的影响规律和优化准则,具有很高的参考价值。     

同心套管换热器内石蜡储热过程的数值模拟

对同心套管换热器内石蜡的储热进行数值模拟,获得了不同热流体进口温度下的相变储热特征规律。结果表明热流体的温度升高导致石蜡融化速度加快,石蜡的融化时间逐渐缩短,其下降速率分别为41%,29%,储能过程储存热量增多。研究发现石蜡融化前传热方式以导热为主,融化过程中对流换热逐渐增强并占据主导地位,导热占据次要地位。提高热流体的入口温度能显著缩短融化时间提高储热效率。文中的模拟结果与文献的实验及模拟结果进行了对比验证,吻合较好,相对偏差不超过20%。     

混合加热反应器内Ca(OH)_(2)/CaO热化学储能体系实验北大核心CSCD

热化学储能(thermochemical energy storage,TCES)技术是未来可再生能源社会最具前景的技术之一。Ca(OH)_(2)/CaO TCES体系因其储能密度较高、环境友好、廉价等特点受到人们的广泛关注。本工作建立了一个直接与间接混合加热的固定床反应器实验平台,进行了空气氛围下的储/释热实验,探究了混合加热反应器内的储热特性与限制因素,并在此基础上探究了在反应器尺度改善循环性能的可行方案。实验研究表明,采用直接与间接混合加热的方式,使得反应呈现向心推进与逐层推进相结合的形式,增进了储能反应的速率;反应性能随着循环次数增多逐渐下降,5次循环后的储能反应最大转化率降低了5.6%,10次循环相较于5次循环的反应最大转化率降低了3.8%。TG实验与粒径测试结果表明,空气中CO_(2)是造成循环性能下降的主要因素;提高脱水温度可以有效恢复循环性能,650℃时所提供的过余温度可以有效降低反应物中CaCO_(3)的含量。     

相变储冷凝胶的制备与应用北大核心CSCD

以Na_(2)HPO_(4)·12H_(2)O(disodium hydrogen phosphate dodecahydrate,DHPD)和Na_(2)CO_(3)·10H_(2)O(sodium carbonate decahydrate,SCD)在质量比6∶4的条件下熔融共混形成共晶水合盐(eutectic hydrated salt,EHS),利用十水焦磷酸钠、硫酸铵和尿素分别降低其过冷度和相变温度,最后加入四种不同目数(30~60目、60~100目、120~180目和200~400目)的高吸水性树脂(superabsorbent polymer,SAP)来锚定上述体系在其三维网络空间结构中,获得了四种不同体系的相变储冷凝胶。其中,DSSNU-SAP_(200~400)相比于其他储冷凝胶具有最佳的相变性能。其相变温度为2.7℃,相变潜热为137.7 J/g,过冷度为1.9℃,导热系数为0.435 W/(m·K)。本文对其微观形态、晶体组成以及接触角进行了表征,充分验证了体系内各组分之间的化学兼容性,阐述了硫酸铵、尿素和SAP对EHS性能的调控机理。应用实验结果表明,以DSSNU-SAP_(200~400)为核心研制的储冷模块能够使葡萄在49 h内保持超高新鲜度,充分证明了其在冷链运输中的应用潜力。本研究有助于推动水合盐在储冷领域的应用,为相变储冷凝胶技术的研发提供理论基础和实验依据。     

相变蓄热水箱的设计与运行特性研究

以肉豆蔻酸/膨胀石墨作为储热相变材料,分析肉豆蔻酸/膨胀石墨应用于水箱蓄热的可行性,计算出相变蓄热水箱临界取热温差为103.1℃,研制一种具有均流结构的相变蓄热水箱,并在此基础上设计一套用于测试相变蓄热水箱运行特性的实验系统。实验研究不同蓄热温度、储热单元数量和水箱内不同流速下相变蓄热水箱的蓄/放热特性。研究结果表明:融化过程中,较大的温差能加快相变材料的蓄热速率;在凝固过程中,为使储热单元热量释放出最多的可利用热量,水箱内水流速率取0.012m/s较适宜;相变单元可有效降低水箱内热水温度的下降速率,在包含150L蓄热介质的水箱中,取热温差为30℃,流量为3.3L/min的情况下,当蓄热单元占用水箱体积9.84%时,可比相同体积常规蓄热水箱多提供20%温度不低于40℃的热水。     

含甲烷水合物的石英砂渗透率实验和分形模型对比研究

含水合物的多孔介质渗透率是影响水合物开采的关键参数,多孔介质渗透率与水合物的饱和度密切相关。定量研究多孔介质渗透率随水合物饱和度的变化,对自然界中天然气水合物藏内渗流场的研究具有重要的理论价值。本文以平均粒径为139.612 μm的石英砂为多孔介质,采用稳态注水法测量在不同甲烷水合物饱和度（0 ~ 28.56%）下的石英砂渗透率,将实验数据与两种不同水合物赋存形式（颗粒包裹、孔隙填充）下的石英砂渗透率二维分形模型进行了对比。结果表明,石英砂渗透率比K_r随甲烷水合物饱和度S_h的增大呈现指数减小的趋势。当水合物饱和度低于11.83%时,渗透率比下降缓慢。而当水合物饱和度高于11.83%时,渗透率比下降迅速;当饱和度指数n = 12时,渗透率分形模型与实验数据吻合良好。通过分形模型与实验数据对比,发现当水合物饱和度低于11.83%时,甲烷水合物的赋存形式为颗粒包裹型。在11.83% ~ 28.56%水合物饱和度范围内,甲烷水合物的赋存形式为孔隙填充型。本研究成果量化了石英砂渗透率与甲烷水合物饱和度的关系,确定了含甲烷水合物的石英砂的渗透率分形模型的参数取值。     

基于热化学反应的硅胶非等温动力学计算及储热性能分析

热化学储热具有储能密度大、循环性能好、储存时间长且热损失小等优点,在提高能源利用率、减少碳排放方面具有广阔的前景。在大规模系统流程应用前,通过实验检测、动力学计算、数值模拟仿真等手段对储热材料进行适用性判断具有重要意义。本文以硅胶为例,使用核磁共振仪检测其储热前后内部水结合形式及其含量的变化,进而计算确定了硅胶储热过程中的热化学反应方程式。根据热重分析仪(TGA)实验数据,对硅胶热分解反应进行了非等温动力学计算,得到其反应活化能为66.75 kJ/mol,且随着反应进程的推进,硅胶脱水反应整体呈活化能减小态势,其最概然机理函数为三维扩散模型,水蒸气在气固反应界面的三维扩散速率是影响总反应速率的关键。由差示扫描量热仪(DSC)实验得出,硅胶在100℃左右吸热速率达到顶峰,约为0.87 kW/kg,储热密度为1030.89 k J/kg。使用计算所得动力学参数在Fluent软件中对反应器内储热过程进行了模拟,采用Pearson相关系数作为实验与数值模拟结果的相关性评价指标,结果表明数值模拟预测值与实验值具有良好的一致性。     

应力和侵蚀性溶液渗透耦合作用下碳酸盐岩渗透特性试验研究

为研究不同应力及溶液组合下碳酸盐岩渗流特性演化规律,选择H2SO4溶液、蒸馏水作为渗透流体,使用岩石耦合渗透试验装置对碳酸盐岩试样分别进行较长时间的渗透试验,得到三种不同工况下岩石试样渗透率和渗出液中矿物离子浓度随时间变化的曲线,分析了试验中围岩、渗透压、溶液等影响因素与渗透率、岩石内部矿物质溶解规律之间的内在联系。结果表明,试验初期阶段,围压对岩样渗透率有较大影响,恒定围压施加后使得岩样孔隙受到压缩从而影响渗透率。试验过程中,渗透压的增大会导致岩样渗透率产生短时间的上升,随后岩样渗透率逐渐回落。不同渗透溶液则有不同的影响,H2SO4溶液对岩样内部的侵蚀性较强,在岩样上游段产生较强溶解,当溶解的矿物离子浓度达到过饱和后,可能在下游段产生沉淀,使得岩样整体渗透率不断降低;而蒸馏水对岩样的侵蚀作用较弱,沿程产生均匀溶解,不能对孔隙结构造成较大改变,整体渗透率保持稳定。岩样整体渗透率的变化是应力、渗透溶液的溶蚀作用和矿物沉淀共同作用的结果。研究成果可用于指导工程实践。     

有机工质向心透平变工况性能预测及系统性能分析

在以工业烟气余热为热源的有机朗肯循环系统中,当工业生产过程发生调整时烟气参数会发生变化,导致系统热力参数有所改变,向心透平偏离设计工况运行,且在变工况时透平性能的变化直接影响系统热力性能。以150℃低温烟气为热源,采用R245fa为工质,确定设计工况,对向心透平进行设计。采用CFD软件模拟透平在设计工况和热源参数变动导致的变工况条件下的运行状况,提出重构过程法求解透平热力性能参数,对透平变工况热力特性进行预测,分析变工况时透平性能与系统热力性能的关系。结果表明,变工况时透平相对内效率呈现先增大后减小的趋势,功率相对设计工况下降了35.258 kW。在透平各项损失中余速损失最大,当热源温度在130℃以下时摩擦损失系数的增大仅次于余速损失系数;热源温度降低则系统热效率下降,与透平相对内效率相比,理想循环热效率对系统热效率的影响更大。