土木工程学院在同轴换热器抽热性能方面取得新进展 -凯发k8国际首页登录

我院深部资源开采与工程地质灾害防控课题组，牛庆合老师作为第一作者、王伟教授作为通讯作者，在国际学术期刊《energy》（中科院大类一区top期刊，if=9.0）上发表科研论文“multifactor analysis of heat extraction performance of coaxial heat exchanger applied to hot dry rock resources exploration: a case study in matouying uplift, tangshan, china”。

同轴换热器可实现地热资源“取热不取水”开采，可兼顾清洁能源开发与环境保护两方面，具有显著的优势。河北唐山马头营干热岩开发示范区已开展了单井同轴换热试验，但为了获得良好的换热效果、形成相应的开发技术，需要借助于数值模拟开展马头营干热岩单井同轴换热工艺参数优化。研究表明，注入高温工质流体可以显著提高出口温度，而注入低温工质流体则可获得较高的换热功率。出口温度、取热功率与入口流量、水泥导热系数、储层导热系数和钻孔直径呈现二项式关系，与内管导热系数和地热梯度分别呈现线性负相关、正相关关系。入口流速、地温梯度和内管导热系数是最显著的影响因素，其次是储层导热系数和钻孔直径，而入口温度和固井水泥导热系数影响微弱。研究建议选择地热梯度大、导热性好、分布稳定广的储层，开发导热性能高的固井水泥和保温性能好的内管材料，在考虑成本的同时，可酌情降低入口温度、提升工质流体流速、增大井径。

下一步将依据现场的m1-m5井，开展群井、水平井、u型井等不同井型的干热岩同轴换热研究，为马头营干热岩开发模式的探索提供科学依据。

niu qinghe, ma kaiyuan, wang wei, et al. multifactor analysis of heat extraction performance of coaxial heat exchanger applied to hot dry rock resources exploration: a case study in matouying uplift, tangshan, china. energy, 2023, 282: 128277.

图1 正循环、反循环同轴换热模式示意图

图2  开采300d后干热岩储层温度分布

图3 不同因素对取热功率的影响