一种测量等效地热温度的系统及方法技术方案

本发明专利技术提供的一种测量等效地热温度的系统及方法，包括实验箱、顶部加热装置、底部加热装置、岩层柱模型、温度传感器、测温计和数据工作台，其中，所述实验箱内腔的顶部和底部分别设置有顶部加热装置和底部加热装置；岩层柱模型放置在所述实验箱的内腔中；岩层柱模型包括多层岩性导热板，多层岩性导热板沿竖直方向叠加布置，所述每层岩性导热板中设置有一个温度感应器；每个温度感应器连接有测温计；所述测温计、顶部加热装置和底部加热装置均与数据工作台连接；本发明专利技术利用相对简易的系统，可实现对等效地热温度相对精确的测量，在地热勘探开发领域具有较好的推广意义。

【技术实现步骤摘要】
一种测量等效地热温度的系统及方法
本专利技术涉及地热勘探
，特别涉及一种测量等效地热温度的系统及方法。
技术介绍
地热资源是一种储量大、效率高、稳定性好的清洁可再生能源，对于节能减排、应对全球变暖、治理雾霾具有重大意义。在勘探程度相对较低、不具备直接地热开发条件的地区，往往需要地质分析、实验测试等技术手段，预先对当地地热情况进行预测，以提升地热开采成功率，获取更优质、更可靠的地热资源。然而，由于实际开发过程中，地下热储往往难以直接观测，若通过直接实施新的地热开采钻井则需投入大量的勘探开发成本。因此，有必要建立一种方便、快捷、有助于进一步明确研究区地热资源情况的系统，以期可相对精确地评价当地地热资源情况。目前，尚未形成可直接预测研究区地热资源情况的实验设备，普遍采用的是数值模拟手段。然而，在开展地热数值模拟工作的过程中，由于缺乏深部岩层的温度数据，限制了地热数值模拟成果的可靠度和准确度。深度越深、越接近地心、对应的温度则相应越高，因此理论上讲，从地心深度开始进行数值模拟是最接近实际情况的。但是，一方面数据获取难度太大，另一方面针对某一地区开展深度如此之大的数值模拟工作也没有实际意义。实际上，就某一研究区而言，往往在一定深度之下即为相对均质的岩浆岩，在这一深度层次上，横向温度已无明显差异，因此可通过确定对应深度的等效温度，并以在此基础上开展浅层的地热资源数值模拟。在要求不太严格的情况下，可将该深度确定为10000m左右。目前，学者对深部等效地热温度的研究相对较少，更不用说对其进行实验室测量；若利用实验手段可获取相对精确的等效温度，则可为开展可靠的数值模拟工作提供必要的基础数据。因此，有必要形成一套可测量等效地热温度的实验系统，以填补在该领域的研究空白。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种测量等效地热温度的系统及方法，解决了现有的地热数值模拟成果的可靠度和准确度低的问题。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：本专利技术提供的一种测量等效地热温度的系统，包括实验箱、顶部加热装置、底部加热装置、岩层柱模型、温度传感器、测温计和数据工作台，其中，所述实验箱内腔的顶部和底部分别设置有顶部加热装置和底部加热装置；岩层柱模型放置在所述实验箱的内腔中；岩层柱模型包括多层岩性导热板，多层岩性导热板沿竖直方向叠加布置，所述每层岩性导热板中设置有一个温度感应器；每个温度感应器连接有测温计；所述测温计、顶部加热装置和底部加热装置均与数据工作台连接。优选地，所述实验箱的外壁上设置有标尺，所述每层岩性导热板的厚度与标尺的深度示数相对应。优选地，所述顶部加热装置包括顶部加热器和顶部加热板，其中，顶部加热板固定在实验箱的顶部，所述顶部加热器和顶部加热板连接。优选地，底部加热装置包括底部加热器和底部加热板，其中，底部加热板固定在实验箱的底部，所述底部加热器和底部加热板连接。优选地，所述岩层柱模型中的岩性导热板的层数与研究区区域的岩层层数相对应；每层岩性导热板的厚度与导热系数与研究区区域中对应的岩层的厚度与导热系数相一致。优选地，每层岩性导热板由多个岩性导热板本体叠加组成。一种测量等效地热温度的方法，包括以下步骤：步骤1，获取研究区区域的地热钻井及地热的数据信息；步骤2，根据步骤1中的数据信息搭建岩层柱模型；步骤3，将搭建的岩层柱模型放入至基于权利要求1-6中任一项所述的一种测量等效地热温度的系统中，开启顶部加热装置和底部加热装置直至预设温度；通过温度传感器、测温计和数据工作台采集温度数据；步骤4，根据步骤3中得到的温度数据构建岩层柱模型的地温梯度曲线，并通过调整底部加热装置，直至得到的地温梯度曲线与研究区区域原始的地温梯度曲线一致，此时底部加热装置的加热温度值为等效地热温度。优选地，步骤2中，根据步骤1中的数据信息搭建岩层柱模型，具体方法是：将按照1：10000的体积比将研究区区域中各个岩层的埋藏深度和导热系数进行数据概化，得到岩层数字模型；将得到的岩层数字模型结合岩性导热板搭建岩层柱模型。优选地，步骤4中，顶部加热装置的预设温度为当地地表温度；底部加热装置的预设温度为深部温度。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的一种测量等效地热温度的系统及方法，能够建立与真实地热情况匹配的简化岩层柱模型和实验模型，可为进一步开展地热模拟工作奠定实验基础；通过实验获取一定范围内的等效地热温度，为区域数值模拟提供必要的实验条件和基础数据；本专利技术利用相对简易的系统，可实现对等效地热温度相对精确的测量，在地热勘探开发领域具有较好的推广意义。附图说明图1是本专利技术的流程示意图。图2是本专利技术的系统示意图。图3是本专利技术的实测地温梯度曲线与实验埋深-温度值示意图。具体实施方式下面结合附图，对本专利技术进一步详细说明。如图2所示，本专利技术提供的一种测量等效地热温度的系统，包括实验箱1、保温材料2、标尺3、顶部加热器4、顶部加热板5、底部加热器6、底部加热板7、岩性导热板8、温度感应器9、测温计10、数据传输线11和数据工作台12，其中，所述实验箱1的内壁上铺设有保温材料2；所述实验箱1的外壁上设置有标尺3。所述实验箱1的内腔顶部设置有顶部加热板5，所述顶部加热板5连接有顶部加热器4，通过顶部加热器4和顶部加热板5的配合，实现对顶部的加热。所述实验箱1的内腔底部设置有底部加热板7，所述底部加热板7连接有底部加热器6，通过底部加热器6和底部加热板7的配合，实现对底部的加热。所述实验箱1的内腔中设置有多层岩性导热板8，多层岩性导热板8沿实验箱1的竖向方向布置。每层岩性导热板8中的厚度与标尺3的深度示数相对应。每层岩性导热板8上设置有一个温度感应器9；每个温度感应器9连接有测温计10。所述测温计10通过数据传输线11与数据工作台12连接。所述数据工作台12用于采集各个温度感应器的温度数据，并与预设的地温梯度曲线进行对比。多层岩性导热板8组成岩层柱模型。每层岩性导热板8的导热系数与研究区区域中对应岩层的加权导热系数相一致。所述的实验箱1为直立管状，尺寸以20cm(直径)×120cm(高)为宜，管壁应选用保温性能良好的材质，能承受0～300℃的温度变化和岩性导热片8产生的横向压力，且在实验过程中不发生显著变形。所述的保温材料2应选用保温性能和封闭性能良好的材质，厚度以2.5cm为宜，且应紧密贴近实验箱1管壁。所述的标尺3应数字清晰，总长度应在100cm以上，分刻度至少为5cm；标尺3上的100cm刻度位置应与底部加热板7顶面平齐，0cm刻度应与顶部加热板5底面平齐。所述的顶部加热器4应在0-30℃温度范围内平稳调控，调整分刻度为1℃，其底面与顶部加热板5紧密贴合。所述的顶部加热板5应选用导热性能良好的材质，其底面应与最上面的岩性导热板8紧密贴合。所述的底部加热器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种测量等效地热温度的系统，其特征在于，包括实验箱(1)、顶部加热装置、底部加热装置、岩层柱模型、温度传感器(9)、测温计(10)和数据工作台(12)，其中，所述实验箱(1)内腔的顶部和底部分别设置有顶部加热装置和底部加热装置；岩层柱模型放置在所述实验箱(1)的内腔中；岩层柱模型包括多层岩性导热板(8)，多层岩性导热板(8)沿竖直方向叠加布置，所述每层岩性导热板(8)中设置有一个温度感应器(9)；每个温度感应器(9)连接有测温计(10)；所述测温计(10)、顶部加热装置和底部加热装置均与数据工作台(12)连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种测量等效地热温度的系统，其特征在于，包括实验箱(1)、顶部加热装置、底部加热装置、岩层柱模型、温度传感器(9)、测温计(10)和数据工作台(12)，其中，所述实验箱(1)内腔的顶部和底部分别设置有顶部加热装置和底部加热装置；岩层柱模型放置在所述实验箱(1)的内腔中；岩层柱模型包括多层岩性导热板(8)，多层岩性导热板(8)沿竖直方向叠加布置，所述每层岩性导热板(8)中设置有一个温度感应器(9)；每个温度感应器(9)连接有测温计(10)；所述测温计(10)、顶部加热装置和底部加热装置均与数据工作台(12)连接。


2.根据权利要求1所述的一种测量等效地热温度的系统，其特征在于，所述实验箱(1)的外壁上设置有标尺(3)，所述每层岩性导热板(8)的厚度与标尺(3)的深度示数相对应。


3.根据权利要求1所述的一种测量等效地热温度的系统，其特征在于，所述顶部加热装置包括顶部加热器(4)和顶部加热板(5)，其中，顶部加热板(5)固定在实验箱(1)的顶部，所述顶部加热器(4)和顶部加热板(5)连接。


4.根据权利要求1所述的一种测量等效地热温度的系统，其特征在于，底部加热装置包括底部加热器(6)和底部加热板(7)，其中，底部加热板(7)固定在实验箱(1)的底部，所述底部加热器(6)和底部加热板(7)连接。


5.根据权利要求1所述的一种测量等效地热温度的系统，其特征在于，所述岩层柱模型中的岩性导热板(8)的层数与研究区区域的岩层层...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵文韬，荆铁亚，王金意，张健，张国祥，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，华能集团技术创新中心有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11