咸水储层的传热特性及储热性能研究

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1、天津大学硕士学位论文咸水储层的传热特性及储热性能研究StudyonHeatTransferCharacteristicsandThermalEnergyStoragePerformanceofBrackishAquifers学科专业：动力工程研究生：姜鑫指导教师：刘雪玲副研究员企业导师：郝冰正高工天津大学机械工程学院2017年12月摘要咸水储层由于其水质和含水介质中粘土矿物成分的存在，地下渗流和传热特性与淡水含水层有明显的不同，尤其当回灌流体盐度和温度与储层内流体不同时，其渗透性能变化较大。本文针对该问题，基于天津滨海地区的地下咸水水质和水文地质特征，在课

2、题组对储层渗透性能实验研究的基础上，利用实验得到的渗透系数，对不同回灌参数下咸水层内的传热特性进行了模拟计算，并分析了这些参数对咸水层储能效率的影响。本文以多孔介质传热传质理论为基础，建立了渗流-传热-传质耦合数学模型，模型中流体的物性参数（密度和粘度）和渗透系数考虑了随温度和盐度的变化。通过将模拟结果与文献中野外实验及实际工程运行数据的对比，验证了模型的可靠性。利用建立的数学模型，采用COMSOL软件计算了不同回灌盐度、回灌温度、流量和井距下的抽水温度随时间的变化、储层内的温度分布，得到了热作用半径，分析了回灌参数和井距对咸水层传热特性和储热性能的影响。

3、结果表明，回灌盐度降低，储层内的热量运移速度减慢，抽水温度变化减缓，回灌流体影响区域减小，有利于提高储能效率。回灌盐度由5g/L降低到0g/L，储冷率由22.06%升高到25.09%；储热率由33.09%升高到35.51%。回灌温度对传热特性的影响是回灌流体和储层间的温差及储层渗透性能变化的综合结果。7°C冷水回灌的储冷率优于10°C回灌，与40°C和80°C的热水回灌相比，60°C热水回灌时的储热率最高。回灌流量增大，抽水温度及储层温度变化幅度随之增大，热量运移速度增大，导致热量散失较快，储能效率降低。井距的增大延缓了热贯通的发生，抽水温度变化减小，有效

4、提高了系统的储能效率。通过对储能系统长期运行的模拟和预测，表明储冷和储热的不平衡会引起系统储能效率的降低，并导致储层温度逐年升高或降低，因此要合理设计回灌参数（温度、流量和盐度等）以提高系统的储能效率和系统运行的稳定。关键词：咸水层储能，回灌盐度，回灌温度，传热特性，储能效率IABSTRACTBecauseofthebrineandexistenceofclaymineralsinbrackishaquifer,permeabilitycharacteristicsandheattransferprocessinbrackishaquifersaresig

5、nificantlydifferentfromthoseinfreshaquifers,especiallywhenthesalinityandtemperatureofinjectionfluidaredifferentfromthoseofthereservoir,whichcouldresultinagreatchangeinpermeability.Inthispaper,basedonthebrinequalityandthehydrogeologicalcharacteristicsofbrackishaquiferinTianjincoast

6、alarea,heattransfercharacteristicsinbrackishaquiferwithdifferentinjectionparametersarecalculated,alsotheinfluencesoftheseparametersonthermalenergystorageefficiencyofbrackishaquiferareanalyzed.Thehydraulicconductivityusedinthissimulationwasobtainedinthepreviousexperimentaltest.Base

7、donthetheoryofheatandmasstransferinporousmedia,acoupledmathematicalmodelofseepage,heattransferandmasstransferisestablishedinthispaper.Inthecalculation,thechangeoffluidphysicalparameters(densityandviscosity)andhydraulicconductivitywithtemperatureandsalinityareconsidered.Themodelisv

8、erifiedbycomparingthesimulationre