西安市三桥地区地热采灌系统示踪试验及数值模拟研究

论文摘要

本论文以西安三桥地区采灌系统为例,在查明研究区地热地质、水文地质的前提下,利用FEFLOW软件对研究区建立三维数值模型,根据研究区地热井实测水位和温度资料对模型进行了拟合验证,确定了模型的可靠性。在此基础之上,分别研究了采灌系统在存在水力联系且不会发生热突破的前提下的最佳井间距;针对地下热水水位持续下降问题,研究了四种不同采灌方案下抽水井多年的水位下降量,提出了最佳采灌方案;同时研究了采灌系统运行参数(热储埋深、抽灌量、尾水回灌温度)、水力参数(渗透系数、单位贮水系数)、热参数(纵向热弥散度、导热系数、体积比热、孔隙度)在采灌系统运行中对热储层温度场和流场的影响程度及其主次关系;在采暖季利用硫氰酸氨作为示踪剂,对采灌井进行了连通性示踪试验,确定了采灌井的连通性。主要研究结果如下:(1)在示踪试验的110天监测期内,HS1抽水井水样中示踪剂浓度在89天时出现准峰值,尽管峰值由于人为干扰过大,不甚理想,但仍能代表现场采灌过程的人工流场干扰下的流场的实际流速,其流速为0.12m/h。(2)模拟示踪试验结果显示,示踪剂在110天时到达抽水井,与现场结果相互验证,证明了抽灌井之间的连通性。在影响示踪试验结果的因素中,抽灌量对示踪试验是否成功起着决定性作用。(3)三桥地区在供暖期内,抽灌量为2400m~3/d,100%回灌率,其余时间为间歇期的运行模式下,既存在水力联系,又不会发生热突破的合理井间距为200~650m。(4)四种不同采灌方案下,群抽不灌方案中抽水井水位下降最多,单抽单灌方案中水位下降最少。无论在单抽方案还是群抽方案中,随着回灌百分比的增大,地下水位均有所回升。在各类不同采灌方案中,尽管每年采灌间歇期地下水水位总会恢复,但随着数十年的持续开采,区域地下热水水位仍整体呈持续下降趋势。(5)各参数对含水层温度场及其最佳井间距的灵敏度强弱依次为:抽灌量>体积比热>尾水回灌温度>热储埋深>渗透系数>单位贮水系数>导热系数>纵向热弥散度>孔隙度。在众多参数中,抽灌量、渗透系数、纵向热弥散度、导热系数与温度场影响范围和最佳井间距呈正比,热储埋深、尾水回灌温度、单位贮水系数、体积比热和孔隙度与其成反比。(6)各参数对含水层流场的灵敏度强弱依次为:抽灌量>渗透系数>热储埋深>尾水回灌温度>单位贮水系数>导热系数=纵向热弥散度=体积比热=孔隙度。其中抽灌量和单位贮水系数与水力坡度呈正比,热储埋深、尾水回灌温度、渗透系数与水力坡度呈反比,热参数对水力坡度无影响。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 选题目的及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 中深层国内外地热回灌研究现状
•     1.2.2 中深层热储采灌系统数值模拟研究现状
•     1.2.3 示踪试验国内外研究现状
•   1.3 研究内容
•   1.4 技术路线
•   1.5 创新点
• 第二章 研究区概况
•   2.1 研究区地理位置
•   2.2 气象水文
•     2.2.1 气象
•     2.2.2 水文
•   2.3 地形地貌
•   2.4 热储构造
•   2.5 地层岩性
•   2.6 地热成因
•     2.6.1 水源
•     2.6.2 热源
•     2.6.3 热储特征
•     2.6.4 地热水通道
•     2.6.5 地温场特征
• 第三章 采灌系统示踪试验
•   3.1 前期实验
•     3.1.1 热稳定性实验
•     3.1.2 配伍性实验
•     3.1.3 示踪剂吸附性实验
•   3.2 示踪试验过程
•     3.2.1 示踪剂投放
•     3.2.2 示踪剂取样原则
•     3.2.3 示踪试验取样
•   3.3 示踪试验结果
• 第四章 地热回灌模型
•   4.1 地下水流动数学模型
•     4.1.1 地下热水渗流微分方程：
•     4.1.2 地下热水热运移微分方程：
•   4.2 模型建立
•     4.2.1 模型范围的确定
•     4.2.2 初始条件
•     4.2.3 边界条件
•     4.2.4 网格离散化
•     4.2.5 参数分区
•     4.2.6 时间离散化
•   4.3 模型拟合
•   4.4 模型验证
•   4.5 最佳井间距计算
•     4.5.1 抽灌井间水力联系的确定
•     4.5.2 不发生热突破的最佳井间距
•   4.6 抽灌井最佳开采方案
•   4.7 示踪试验模拟
•     4.7.1 溶质运移微分方程
•     4.7.2 示踪试验模拟结果
•     4.7.3 参数变化对示踪试验结果的影响
• 第五章 参数变化对温度场和流场的影响程度
•   5.1 参数变化对含水层温度场的影响
•     5.1.1 热储埋深对热储层温度场和最佳井间距的影响
•     5.1.2 抽灌量对热储层温度场和最佳井间距的影响
•     5.1.3 尾水回灌温度对热储层温度场和最佳井间距的影响
•     5.1.4 渗透系数对热储层温度场和最佳井间距的影响
•     5.1.5 单位贮水系数对热储层温度场和最佳井间距的影响
•     5.1.6 纵向热弥散度对热储层温度场和最佳井间距的影响
•     5.1.7 导热系数对热储层温度场和最佳井间距的影响
•     5.1.8 体积比热对热储层温度场和最佳井间距的影响
•     5.1.9 孔隙度对热储层温度场和最佳井间距的影响
•   5.2 不同参数对含水层温度场影响程度
•   5.3 参数变化对含水层流场的影响
•     5.3.1 热储埋深对热储层流场的影响
•     5.3.2 抽灌量对热储层流场的影响
•     5.3.3 尾水回灌温度对热储层流场的影响
•     5.3.4 渗透系数对热储层流场的影响
•     5.3.5 单位贮水系数对热储层流场的影响
•     5.3.6 热参数对热储层流场的影响
•   5.4 不同参数对含水层流场的影响程度
• 第六章 结论及建议
•   6.1 结论
•   6.2 建议
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 翟美静

导师: 马致远

关键词: 软件,最佳井间距,采灌优化方案,灵敏度分析,示踪试验

来源: 长安大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 地球物理学,建筑科学与工程

单位: 长安大学

基金: 西安地区地热回灌试验和动态观测续作项目专题研究(编号0617—1711FZ1688),国家自然科学基金《沉积盆地深层孔隙型地下热水回灌堵塞机理研究》(编号41472221)

分类号: P314;TU83

总页数: 98

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