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基于水化学同位素技术的地热储层成因模式对比分析——以鲁西北埕宁隆起区为例

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中国岩溶 2023年第5期42卷 969-981,994页

作者：崔锐王学鹏冯波刘曦遥冯守涛刘帅吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室吉林长春130021 吉林大学地热资源开发技术与装备教育部工程中心吉林长春130021 山东省地质矿产勘查开发局第二水文地质工程地质大队(山东省鲁北地质工程勘察院) 山东德州253072 山东省地热清洁能源探测开发与回灌工程技术研究中心山东德州253072 德州市深层地质能节能减碳重点实验室山东德州253072

埕宁隆起区是我国重要的地热资源富集地区之一,了解地热田的成因模式对于地热资源的可持续开发利用具有重要意义。采用水化学同位素手段,对埕宁隆起区馆陶组砂岩热储和寒武-奥陶系岩溶热储成因进行对比分析,结果表明:砂岩热储地热水是... 详细信息

埕宁隆起区是我国重要的地热资源富集地区之一,了解地热田的成因模式对于地热资源的可持续开发利用具有重要意义。采用水化学同位素手段,对埕宁隆起区馆陶组砂岩热储和寒武-奥陶系岩溶热储成因进行对比分析,结果表明:砂岩热储地热水是地质历史时期的大气降水入渗补给的产物,为侧向径流补给水,而岩溶热储地热水不是直接来源于大气降水的就近入渗补给,而是经过较长距离的径流过程,具有明显的氢氧漂移现象。两套热储地热水补给高程、热储温度及热水循环深度分别为459 m和557 m、66℃和72℃、1420 m和1795 m。此外,研究成果还揭示埕宁隆起区地热水补给区位于泰山地区,其地热系统热源为地壳深部及少部分上地幔传导热流。

关键词：埕宁隆起水化学同位素技术热储成因模式地热储层

北京地区雾迷山组地热储层微观孔隙结构及孔渗特征

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地质通报 2022年第4期41卷 657-668页

作者：刘庆林天懿杨淼柯柏林项悦鑫杨茜婷北京市地热调查研究所北京102218 自然资源部浅层地热能重点实验室北京102218 北京市工程地质研究所北京100048

以北京地区中元古界蓟县系雾迷山组碳酸盐岩地热储层为研究对象,通过扫描电镜(SEM)和薄片鉴定,划分了样品微观孔隙类型,借助MATLAB图像处理技术,定量化表征微裂缝密度和尺寸发育特征;联合毛管力测试与低温液氮吸附实验,定量化雾迷山组... 详细信息

以北京地区中元古界蓟县系雾迷山组碳酸盐岩地热储层为研究对象,通过扫描电镜(SEM)和薄片鉴定,划分了样品微观孔隙类型,借助MATLAB图像处理技术,定量化表征微裂缝密度和尺寸发育特征;联合毛管力测试与低温液氮吸附实验,定量化雾迷山组白云岩微-介-宏孔体积分布;分析宏观孔渗测试结果,认为微裂缝越发育、透气孔越多、孔喉均质性越好,孔渗越大的微观-宏观作用规律,并拟合了孔渗经验关系式;建立了基于测井资料划分有利开发层段的方法。雾迷山组白云岩基质孔隙连通性较差,微裂隙与溶蚀孔洞提供了主要渗流通道;整体孔隙分布频率随孔径整体呈正态分布,最可能几率孔径分布于50~60 nm。研究成果可为华北地区雾迷山组地热资源开发提供基础数据支撑。

关键词：碳酸盐岩地热储层雾迷山组孔隙结构特征孔隙度渗透率

基于REV描述方法的深层热储孔隙型结构导热模型构建

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工程热物理学报 2024年第2期45卷 334-342页

作者：谭明哲王志国秦晓凯刘昌宇王忠华宋永臣东北石油大学土木建筑工程学院大庆163318 黑龙江省地热资源高效开发与综合利用协同创新中心大庆163318 大连理工大学能源与动力学院大连116024

随着“双碳”目标提出,地热能研究及利用得到了快速发展。在地热能开发过程中,合理取热、精准勘测及自然恢复等,对地热能有效利用影响较大,目前研究存在一定不足。针对孔隙岩溶型深层热储,根据开发过程微观结构动态变化特点,将其划分为... 详细信息

随着“双碳”目标提出,地热能研究及利用得到了快速发展。在地热能开发过程中,合理取热、精准勘测及自然恢复等,对地热能有效利用影响较大,目前研究存在一定不足。针对孔隙岩溶型深层热储,根据开发过程微观结构动态变化特点,将其划分为开发区、波动区和原始区。基于多孔介质REV(Representative Elementary Volume)方法,对深层热储进行表征,给出了描述参数,据此构建了深层热储导热分析模型。利用所建模型,以花岗岩作为应用实例,进行了数值模拟计算,分析了孔隙含水率和孔隙含杂率等对地热储层导热影响。本文所做工作,可为精准分析储层传热特性和开采过程动态变化等提供依据。

关键词：表征单元体地热储层模型构建导热特性热储区间划分

分段压裂诱导地热储层应力场响应的单连通解析模型分析

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油气藏评价与开发 2022年第6期12卷 894-901页

作者：王伟陈劭颖杨清纯刘和平张立松中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院山东青岛266580 中国建筑标准设计研究院有限公司北京100037

分段压裂诱导地热储层应力场响应将对地热储层井筒完整性和套管变形产生直接影响,研究分段压裂诱导地热储层应力场响应对指导现场压裂具有重要意义。现阶段普遍采用断裂力学对水力压裂诱导的应力场响应进行求解,然而分段压裂诱导地热储... 详细信息

分段压裂诱导地热储层应力场响应将对地热储层井筒完整性和套管变形产生直接影响,研究分段压裂诱导地热储层应力场响应对指导现场压裂具有重要意义。现阶段普遍采用断裂力学对水力压裂诱导的应力场响应进行求解,然而分段压裂诱导地热储层应力场响应本质为热流固耦合作用下缝间应力干扰问题,使得这一问题的断裂力学求解异常复杂。鉴于此,引入连续性假设将此断裂力学问题转化为弹性力学问题,建立分段压裂诱导地热储层应力场响应的单连通解析模型,极大降低了求解难度,同时可以更加简便有效地对现场压裂后的应力场响应进行分析。并基于ABAQUS软件建立地热储层分段压裂热流固耦合数值模型,通过对比x、y方向平均应力验证解析模型误差在5%以内。进而利用解析模型,讨论簇数、温差和天然裂缝对地热储层应力场的影响,结果表明:随着簇数增加,地热储层内x方向应力分量随之增大,y方向应力分量随之减小;随着温差增大,地热储层内x、y方向应力分量均随之增大;随着天然裂缝密集程度增加,地热储层内x方向应力分量随之增大,y方向应力分量随之减小。

关键词：地热储层应力场响应模型简化弹性力学单连通模型

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矿井地热储层三维地质模型构建及储量评估

矿井地热储层三维地质模型构建及储量评估

作者：胡淞博中国矿业大学

学位级别：硕士

平顶山矿区煤系地层埋深大、温度高,矿井高温热害普遍。矿区内部分热害矿井存在岩溶地热水,加剧了矿井的高温热害,同时,作为清洁的地热资源,矿井地热水也具有很好的开发利用价值。本文以平煤股份十矿、十二矿和首山一矿部分区域的寒武... 详细信息

平顶山矿区煤系地层埋深大、温度高,矿井高温热害普遍。矿区内部分热害矿井存在岩溶地热水,加剧了矿井的高温热害,同时,作为清洁的地热资源,矿井地热水也具有很好的开发利用价值。本文以平煤股份十矿、十二矿和首山一矿部分区域的寒武系灰岩热储为研究对象,综合采用理论分析、实验室实验和数值模拟等方法,构建了研究区域地热储层的三维地质模型,对地热储层的岩溶热水和地热进行了静态资源量评价,并评估了矿井热储的动态资源量,主要研究成果如下:(1)构建了矿井岩溶热储三维地质模型。在区域水文地质背景基础上,通过搜集和整理地质钻探等数据,分析了热储“源”、“通”、“盖”、“储”、“流”的地热系统要素,建立寒武系岩溶地热储层三维模型空间结构,实现了热储层和盖层的可视化,并对空间结构进行网格划分获得了各节点单元格的空间参数数据库。(2)评价了矿井岩溶热储动态资源量。测试了煤系地层煤岩热物性参数,基于矿井岩溶热储三维地质模型对研究区域内的地热资源量进行了评价,结果表明,地热水资源量为7.68×10m,其中蕴含地热资源量为1.13×10 J,地热资源可采资源量为1.70×10 J,折合标煤5.83 Mt;根据热储单元格数据库进行计算,得到了地热水资源量和地热资源量与水头之间的动态关系。(3)揭示了开采强度和井间距对地热水水位的影响规律。建立了研究区域寒武系热储层三维非稳定流数值模型;并通过平煤股份十矿机底巷450 m与600m处地热井的水压观测情况得出水位变化情况,将观测水位与模型计算值进行识别与验证,使模型符合热储层实际情况,最终模型结果与实测拟合较好;模拟分析了不同开采强度下地下水位降深变化,结果显示,当抽水量每增加1500 m/d时,十年内地下水位降幅平均增加5 m,年均降幅增加0.5 m;对开采井布局进行了优化,同时模拟了不同井间距情况下开采10 a后的流场情况,得出开采井间距100 m的布局确实可以减少水位降幅以及降深不均匀现象,实际生产中可参考布局进行调整以增加开采井服务年限或者在固定开采年限内适当加大开采强度。该论文有图55幅,表14个,参考文献70篇。

关键词：矿井地热地热储层三维地质模型储量评价开采布局优化

不同注采水体与岩石相互作用对增强型地热储层孔渗特征影响研究

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不同注采水体与岩石相互作用对增强型地热储层孔渗特征影响研究

作者：赵宇辉吉林大学

学位级别：硕士

能源和环境是人类社会可持续发展的关键性制约因素。地热能由于清洁、运行稳定和空间分布广泛等优点,已成为世界各国重点研究开发的新能源。岩热型地热资源是赋存于固体岩石中的地热资源,增强型地热系统(Enhanced Geothermal System,EGS... 详细信息

能源和环境是人类社会可持续发展的关键性制约因素。地热能由于清洁、运行稳定和空间分布广泛等优点,已成为世界各国重点研究开发的新能源。岩热型地热资源是赋存于固体岩石中的地热资源,增强型地热系统(Enhanced Geothermal System,EGS)是岩热型地热资源的有效开发方式。EGS开发过程中提热流体通过注入井进入热储层,沿着裂隙运动,并与储层裂隙网络中的岩石发生热交换,从生产井中提取高温流体用于发电和综合利用。注采水体注入后与高温热储岩体发生水-岩相互作用,引起矿物溶解或沉淀现象,从而引起储层孔隙度和渗透性的变化,改变系统的生产能力,影响地热能开发。基于上述问题,本文以河北马头营凸起区高温热储为研究对象,采集当地馆陶组地层水与海水作为注采水体,进行室内静态水-岩相互作用实验定性判断矿物的溶沉趋势;在静态水-岩实验基础上,利用PHREEQC进行逆向模拟对静态实验矿物溶沉结果进行补充,并定量确定矿物的溶解沉淀反应量;将地层水作为注采水体开展室内岩心流动实验,得到岩柱渗透率及反应后地层水水化学组分变化趋势;在岩心流动实验基础上,利用TOUGHREACT建立反应性溶质运移模型,拟合实验渗透率及水化学组分变化趋势,校正水-岩相互作用岩心流动实验概念模型中的参数;以河北马头营凸起区高温地热储层为研究对象,建立水-岩相互作用一维场地流动模型,依据静态水-岩实验和逆向模拟结果设计地层水、海水与处理后海水三种注采水体方案,在校正参数的基础上开展不同时间尺度、不同注采水体条件下水-岩相互作用的正向数值模拟,研究储层矿物的变化趋势、孔隙度和渗透率变化趋势,提出适合该地区增强型地热系统的注采水体方案。本次研究得到的主要认识如下:(1)水-岩相互作用室内静态实验结果表明:马头营区地层水与储层岩样相互作用后,发生了长石先溶解后沉淀、白云石溶解、绿泥石与方解石沉淀反应;渤海海水与储层岩样发生水-岩相互作用后,发生了长石先溶解后沉淀、方解石沉淀与大量沸石沉淀反应;水-岩相互作用室内静态实验逆向模拟,补充实验结果显示:地层水与储层岩石进行水-岩相互作用后发生了石英、钾长石、白云石和钙长石的溶解并形成了绿泥石、高岭石和方解石沉淀;海水与储层岩石发生反应后,发生了钠长石、钙长石溶解并形成高岭石和沸石沉淀。(2)水-岩相互作用岩心流动实验结果表明:岩柱渗透率呈增加趋势,钾长石始终处于微弱沉淀状态,斜长石中钠长石部分始终处于溶解状态,绿泥石或白云石在实验期间处于大量溶解状态,0至35天白云石溶解释放到溶液中的Ca参与了方解石的沉淀,35天之后反应水样中的Ca开始参与方解石的沉淀;岩样中各硅酸岩矿物溶解后释放的Si O仅在反应溶液中带走小部分,大部分以石英或者生成其他硅酸盐矿物的形式存在。(3)水-岩相互作用一维场地流动模型显示:三种注采水体方案中,海水反应至10年,局部最低孔隙度由0.1降为0.03989,局部最低渗透率由1×10m降为0.678×10m,且有大量沸石矿物沉淀生成;处理过的海水反应10年后局部最低孔隙度为0.06207,渗透率降为0.797×10m,主要沉淀矿物为沸石,沉淀矿物种类单一且出现在注入井井口,方便后期EGS解堵工作进行;地层水反应10年后局部最低孔隙度为0.07168,渗透率降为0.849×10m,沉淀矿物为方解石和斜长石,方解石主要出现在注入井附近,斜长石主要出现在远离注入井的位置。(4)注采水体方案分析:海水不适合作为注采水体,处理后海水(海水去除Na与Cl各600mmol/L)作为注采水体方便后续解堵工作进行,地层水作为注采水体储层孔隙度减小最弱,系统生产能力和提热效率最高。

关键词：地热储层增强型地热系统水-岩相互作用水文地球化学模拟

松辽盆地南部大情字井区青山口组地热水化学特征及成因模式

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地质科技通报 2024年第3期43卷 22-35页

作者：杜先利王泓博赵容生季辉朱焕来代登亮王颖李迎九肖红平东北石油大学地球科学学院黑龙江大庆163318 吉林大学地球科学学院长春130061 中国石油化工集团有限公司胜利油田孤东采油厂山东东营257237 中国石油吉林油田勘探开发研究院吉林松原138000 中国石油勘探开发研究院北京100083

位于长岭凹陷鞍部的大情字井地区水热型地热资源丰富,其中储层温度较高、岩性好、含水量高的青山口组是最佳热储层,因此,阐明地热水的成因模式对于该区地热资源的可持续开发利用具有重要意义。通过青山口组7口井地热水样的水化学测试,... 详细信息

位于长岭凹陷鞍部的大情字井地区水热型地热资源丰富,其中储层温度较高、岩性好、含水量高的青山口组是最佳热储层,因此,阐明地热水的成因模式对于该区地热资源的可持续开发利用具有重要意义。通过青山口组7口井地热水样的水化学测试,结合收集的8组氢氧同位素数据,研究了目标区地热水的来源及混合过程,并分析了成因模式。结果表明,青山口组地热水主要为部分平衡的Cl^(-)Na型流体,补给来源为长白山地区的大气降水和原生沉积水,补给高程为2347~2370 m;通过2210~3470 m的循环吸热过程形成现今温度为81.25~112.80℃的地热流体存储于半开放体系的青山口组碎屑岩储层中。另外,研究区NE、NW向2组断裂系统是地热流体循环的主要导水通道,地热流体在深循环过程中与围岩矿物发生水岩反应,碳酸盐岩及硅酸盐矿物的溶解,形成了以Na^(+)、Cl^(-)和HCO^(-)3离子为主的地热水资源。

关键词：松辽盆地南部大情字井地区地热水水化学特征成因模式地热储层碎屑岩储层

基于扩展有限元法的碳酸盐岩地热储层岩体裂缝扩展行为

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地球科学 2021年第10期46卷 3509-3519页

作者：王伟付豪邢林啸柴波刘波施星宇中国地质大学环境学院湖北武汉430078 中国地质科学院水文地质环境地质研究所河北石家庄050061

水力压裂作为一种主要的地热能开采手段,其压裂效果除与岩体基本物理力学性质有关外,还与裂隙分布、地应力状态、压裂工程参数等密切相关.为了探究以上因素对水力压裂过程中裂缝扩展行为的影响,以冀中坳陷碳酸盐岩储层岩体为研究对象,... 详细信息

水力压裂作为一种主要的地热能开采手段,其压裂效果除与岩体基本物理力学性质有关外,还与裂隙分布、地应力状态、压裂工程参数等密切相关.为了探究以上因素对水力压裂过程中裂缝扩展行为的影响,以冀中坳陷碳酸盐岩储层岩体为研究对象,基于扩展有限元法,建立裂缝扩展流固耦合模型,分析了水平应力差、射孔方位角、注入液排量和压裂液黏度等参数对裂缝扩展行为的影响.结果表明:单裂缝扩展时,射孔方位角越小、注入量越大、越有利于裂缝扩展;双裂缝扩展时,水平应力差增大,裂缝偏转程度变小;水力裂缝与天然裂缝相交时,较小水平应力差有利于天然裂缝开启.

关键词：地热储层水力压裂扩展有限元裂缝扩展数值模拟

雄安新区雾迷山组地热储层化学及分布特征探讨

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中文科技期刊数据库（全文版）自然科学 2022年第10期 288-290页

作者：刘冬升李兴权吴琼中国雄安集团智慧能源有限公司河北保定071000 河北省地质矿产勘查开发局第三水文工程地质大队河北衡水053000

雄安新区地处断陷盆地型,属于中低温地热系统,是目前最具开发利用潜力的层位,即雾迷山组热储层。本研究结合该研究区域地热水资源的水文地球化学特征和储层温度,雄安新区地热水,按其赋存条件可分为两种,一种是赋存于碎屑沉积岩层的孔隙... 详细信息

雄安新区地处断陷盆地型,属于中低温地热系统,是目前最具开发利用潜力的层位,即雾迷山组热储层。本研究结合该研究区域地热水资源的水文地球化学特征和储层温度,雄安新区地热水,按其赋存条件可分为两种,一种是赋存于碎屑沉积岩层的孔隙水,另外一种是赋存于碳酸盐岩中的岩溶裂隙水。本文探讨了雄安新区雾迷山组地热储层化学及分布特征。

关键词：雾迷山组地热储层地热能热储层