浅析地热资源在温泉中的应用

刘志军

摘  要：随着经济和各行各业的快速发展，地热资源是一种非常清洁的可再生能源，它可以代替现有的很多能源，通过利用地热资源，对于我国能源结构的优化也有着积极作用。地热资源价格比较低廉，可以有效减少能源成本，地热资源清洁度比较高，可以减少二氧化碳排放量，对于环境保护有积极作用。

关键词：地热资源;开发利用;存在问题

引言

地热资源的利用已经非常普遍，这主要是由于地热自身的优点极为显著。地热资源是古老的能源之一，温泉是一种清洁可再生的地热资源，其形成、分布受地质构造作用的影响。地壳板块沿边、深山大断裂和火山分布带等是明显的地热异常区，其开发与利用有着十分广阔的发展前景。受地质构造作用，区内断裂发育，地热资源丰富。

1地热温泉前期勘查的重要性

通过收集区域水文地质资料以及区域内以往地热井勘查和运行资料，对已有地热井进行抽水试验及采样化验，综合分析后确定地热井的选区范围，针对选区进行水文物探工作，更好的选择合适的地热井井位，进行合理开采，达到开采预期效果。根据水温指标可以确定地热水是属冷泉、微温泉、温泉、热泉还是高温泉。根据酸碱度指标可以确定地热水偏碱性还是偏酸性，偏碱性水质沐浴治疗，有助于阳离子的活性参入，通过皮肤和皮下组织的刺激作用，甚而进入肌体内调节功能，发挥充分疗效。根据地热水矿化度指标可以确定地热水是属淡泉水、地矿泉、中矿泉还是高矿泉。根据放射性指标可以确定地热水中放射性元素的含量，从而确定其医疗价值。地下热水中含有的某些气体、化学组分、微量元素和放射性同位素当达到一定含量并具有医疗效果时，称为医疗矿泉水。为高效合理利用地热水资源，做好水化学特征及评价至关重要。

2地热资源的开发及利用

2.1超临界水热流动规律

过往的研究更多聚焦于水热系统的形成与岩浆侵入之间的关系，而对于形成或开采过程中热流体流动的相关研究较少。超临界地热在开采过程中，伴随着温度和压力降低，必然存在着一个复杂的相态变化过程。对于传统的两相流动，一般采用多相流达西定律，利用相对渗透率和毛细管压力模型，刻画两相流动。但传统的相对渗透率模型，一般面向包气带土壤（水/空气两相）或油藏（水/油或油/气两相）领域开发。例如VanGenuchten模型、Corey模型以及三相的Stone和Parker模型。上述模型，在介质参数给定的情况下，为相态饱和度的一元函数，忽略了温度、压力、盐度等因素可能导致流体特征的变化，存在较大误差及数值不连续问题，可能并不适用于超临界水热流动系统。在此以相对渗透率为例进行分析。达西定律的基本假设是忽略孔隙度，认为整个断面过水。对于多相流动，流体无法占有整个断面，而只能占据一定的比例，近似于相态饱和度（体积分数）。但实际上，除过水断面的减小外，两种相态之间仍存在一个相互阻滞作用，也就是所谓的相对渗透率。当温度压力沿相饱和线向临界点移动时，两相物理性质逐渐接近，在超临界点处，两相合二为一。因此，随着温度升高，表面张力降低，两相阻滞作用削弱，相对渗透率应趋近于相态饱和度。与此同时毛细管压力应逐渐趋近于0。在多相流动的数值模拟方面，对于传统的两相流动，质量通量一般按照相态分别计算。而对于超临界与亚临界之间的相态流动还并未有较为成熟的算法。前人多为延续传统的两相流动的计算方法，将两相饱和线延长至超临界条件下，而将饱和线两端依旧按照液相和气相进行处理，但笔者通过研究发现。由于延长的饱和线两侧流体的物理性质是连续的，因而在计算过程中，可能出现在相变线两侧反复，导致计算的不稳定，难以收敛。由于超临界与亚临界之间的物理性质连续，笔者提出了将超临界作为“可转换的”第三相方法，即当处于超临界的计算网格与处于亚临界的网格相邻时，超临界转化为相应的亚临界条件进行通量的计算。这样可以更好地保证计算的稳定，而且更具物理意义。

2.2温泉分布和成因

我国的地热资源以两种形式存在，一是赋存于构造隆起区裂隙带中的热水，一是沉积盆地深部热储层的热水。构造隆起区的温泉主要是依靠构造活动提供的热量，沉积盆地的溫泉主要是依靠地温梯度提供浅层或者深层地温能。地热一般以汽或水的形式出露地表，强烈的构造活动形成构造变形，随后造成的断裂带为汽或水提供了储存空间和上升的通道，因此地热资源受构造活动的控制。温泉的形成一般分为两种：一种是地壳内部岩浆作用而形成，另外一种是地表水向地下渗透循环并吸收地热梯度而形成。地壳内部高温高压，岩浆作用十分强烈，基岩裂隙水在渗透进入地壳内部之后，通过热交换吸取到岩浆作用产生的热量，在通过一系列的运移后出露地表。一般来说，形成温泉要满足三个基本条件：一是有地下热水存在;二是存在静水压力差;三是有能够让热水到达地面的裂隙。补给水源首先在补给区下渗，一般以基岩裂隙水的形式在岩层中运移，随后逐渐运移至断裂破碎带。到达断裂破碎带之后继续向深处循环形成地下水，在接触到地下热源作用之后，地下水受热形成热水，由此形成温度较高的地下水。当沉积在构造之上的隔水岩体使地下热水处于相对封闭的环境中，其水压升高，当覆岩体后期遭受构造作用、风化剥蚀或流水侵蚀作用破碎后，地下热水便在构造裂隙处出露形成温泉。

结语

目前传统地热资源的开发已相对成熟，超临界地热作为一种新兴的地热能源，开发潜力大，正处于起步阶段，面临较多挑战，并且相关研究并未形成完善的体系。在钻探、完井、测试、储层建造以及生产等过程中，均面临一系列问题和挑战。保障地热资源的可持续利用，发挥地热资源的社会效益，经济效益和环境效益。

参考文献：

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