濱海鹹水儲層滲透性變化及儲熱特性研究

《濱海鹹水儲層滲透性變化及儲熱特性研究》是依託天津大學，由劉雪玲擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：濱海鹹水儲層滲透性變化及儲熱特性研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：劉雪玲
• 依託單位：天津大學

項目摘要

天津濱海地下鹹水資源儲量大、分布廣，但水質複雜、礦化度高，目前對鹹水儲層滲透性變化和換熱特性的研究較少，鹹水儲熱工程的設計和運行缺乏統一的工程規範。項目主要研究鹹水儲熱過程中，回灌流體溫度和濃度變化引起的滲透性變化及換熱特性改變的機理和變化規律。項目從流體溫度、濃度變化對儲層內膠體釋放的影響，造成儲層多孔介質結構改變後，儲層內滲透係數和熱彌散係數的影響進行實驗研究，得到滲透係數和熱擴散係數與流體溫度、濃度和水頭之間的關係。通過考慮鹽分影響的鹹水層水－熱－鹽耦合運移方程，對流體在鹹水層內的運移和換熱過程進行模擬計算。針對冬采夏灌和夏采冬灌的雙向循環蓄熱模式，預測流體的出口流量、溫度以及地下溫度場的分布；模擬鹹水層儲能過程中地下溫度場在運行期、間歇期的演變過程，對鹹水層的儲熱特性、儲熱能力進行研究。提出鹹水層儲熱的評價指標和最佳化利用方法，為鹹水層的開發利用提供理論基礎和指導。

結題摘要

含水層儲能與熱泵技術相結合，有效解決了建築物供暖和空調問題。但濱海地區由於地下鹹水及含水介質中粘土礦物的存在，回灌流體參數的變化會引起儲層粘土顆粒的釋放、遷移和沉積，導致含水層滲流和換熱特性的改變。為了開發和利用鹹水儲層，提高儲能效率，項目針對天津濱海地區鹹水層的水質及粘土礦物成分，對鹹水層作為儲能介質時，回灌流體參數和粘土礦物成分對儲層滲流和傳熱特性的影響進行了研究。設計並搭建了一維滲流砂柱實驗台，在原砂中添加一定比例的粘土礦物，在含水層儲能過程中回灌流體的鹽度範圍內，對不同粘土礦物成分及含量、回灌鹽度、回灌水頭和回灌溫度下，砂樣的滲流和傳熱性能進行了實驗測試，得到了滲透係數隨回灌鹽度和回灌溫度變化的函式關係，以及不同回灌水頭下熱擴散係數與回灌溶液溫度間的函式關係。結果表明增加粘土礦物成分，降低回灌鹽度、提高回灌溫度可導致儲層滲透性的顯著降低，回灌水頭對滲透性變化的影響較小。其中粘土礦物成分對砂樣滲透性能的影響最大，當砂樣中含有0.5%的蒙脫石可導致儲層滲透性能降低55.3%，隨著粘土礦物含量的增多，儲層滲透性能降低越顯著。由於儲層滲流特性的改變，回灌流體在含水層內的滲流速度降低，削弱了回灌流體與含水介質間的熱量傳遞，儲層的熱擴散係數降低，熱量運移減慢。利用實驗得到的滲透係數和熱擴散係數，對不同粘土礦物成分和回灌鹽度、溫度和流量下，鹹水儲層的溫度變化進行了數值模擬，計算了系統的儲能效率。計算結果表明適當增加儲層內的粘土礦物、降低回灌流體的鹽度和流量，可減小儲層溫度變化，延遲采井發生熱突破的時間，提高系統的儲能效率。回灌溫度的升高降低了儲層的滲透性，減弱了儲層內的熱量傳遞；但是回灌流體與含水介質間的溫差增大，加強了儲層內的熱量傳遞。因此，隨著回灌溫度的升高，鹹水儲層的儲能效率呈現先升高，後降低的趨勢。項目研究結果為鹹水儲層的開發利用提供了基礎數據，可指導實際儲能系統的設計。