地热计算器及团队介绍

地热计算器简介

地热计算器是一款专注于进行地热数值模拟的软件。其最大的特点是操作简单，易于上手，旨在简化数值模拟在地热领域工程应用中的难度。本软件开发的项目于 2020 年由孔彦龙和刘昌为发起；由田小明对软件以及证书管理器进行构架、编写、源代码仓库管理、以及本网站运营维护；由黄永辉，蔡皖龙，陈超凡对涉及到 OGS 模块的部分提供技术支持；由王中鹏对软件进行发布与证书管理。本软件于 2020 年 10 月 12 日正式上线。

软件简介

地热计算器是由 Python 语言编写，它的主要功能是进行地热领域内关注的热点问题和模型进行地热数值模拟并展示计算结果。其中部分模块通过调用OpenGeoSys计算内核，实现为地热资源可持续开发服务。“地热计算器”的目前包括井间距优化、资源评价、浅层地热（浅层井排换热）、深井换热（同轴管换热取热不取水）、二氧化碳减排量计算、静态地层温度预测等模块，软件内置使用说明书。

版本号

地热计算器 V1.0 以及后续更新的版本

软件图标

版权所有

版本更新

软件的更新会通过微信公众号“地热能在线”实时发布，请大家关注公众号“地热能在线”，免费获得软件更新信息。

社区帮助

欢迎有志于改进本软件的业界同仁与我们联系，访问我们的社区网址或电邮geothermalkits@163.com。

使用声明

本软件“井距优化”模块的核心算法基于 Kong et al. (2017)，计算过程中部分调用了德国亥姆霍兹环境研究中心 Olaf Kolditz 团队开发的开源数值模拟软件 OpenGeoSys（Kolditz et al., 2012）。使用本软件输出的结果需在相应成果材料中声明使用“地热计算器”（GeothermalKits）计算，并请引用以下文献：

Kong, Y., Pang, Z., Shao, H. and Kolditz, O. (2017). Optimization of well-doublet placement in geothermal reservoirs using numerical simulation and economic analysis, Environ Earth Sci, 76:118.
Kolditz O, Bauer S, Bilke L, Bottcher N, Delfs JO, Fischer T, Gorke UJ, Kalbacher T, Kosakowski G, McDermott CI, Park CH, Radu F, Rink K, Shao H, Shao HB, Sun F, Sun YY, Singh AK, Taron J, Walther M, Wang W, Watanabe N, Wu N, Xie M, Xu W, Zehner B (2012) OpenGeoSys: an open-source initiative for numerical simulation of thermo-hydro-mechanical/chemical (THM/C) processes in porous media. Environ Earth Sci, 67:589–599.
Kolditz O, Bauer S, Bilke L, Bottcher N, Delfs JO, Fischer T, Gorke UJ, Kalbacher T, Kosakowski G, McDermott CI, Park CH, Radu F, Rink K, Shao H, Shao HB, Sun F, Sun YY, Singh AK, Taron J, Walther M, Wang W, Watanabe N, Wu N, Xie M, Xu W, Zehner B (2012) OpenGeoSys: an open-source initiative for numerical simulation of thermo-hydro-mechanical/chemical (THM/C) processes in porous media. Environ Earth Sci, 67:589–599.
Al-Khoury, Rafid, T. Kölbel, and R. Schramedei. “Efficient numerical modeling of borehole heat exchangers.” Computers & Geosciences 36.10 (2010): 1301-1315.
孔彦龙,陈超凡,邵亥冰,庞忠和,熊亮萍,汪集暘.深井换热技术原理及其换热量评估[J].地球物理学报,2017,60(12):4741-4752.
孔彦龙,黄永辉,郑天元,等. 地热能可持续开发利用的数值模拟软件 OpenGeoSys:原理与应用. 地学前缘, 2020, 27(01):170-177.
Liu C, Li K, Chen Y, Jia L, Ma D. Static Formation Temperature Prediction Based on Bottom Hole Temperature. Energies. 2016; 9(8):646.

本软件输出的结果仅供参考，由使用本软件输出结果而引起的工程、经济、地质灾害等一系列问题，由使用者自行承担。

常见问题

软件对计算机硬件的要求是什么？
能运行64位Win10的系统的电脑均可。
软件运行的数据能否保存？
所有数据均保存在用户自行选定的文件夹内，可以通过文本文档调出所有数据。
软件运行过程中提示：“用户提供的参数可能有误，请仔细核实参数后使用软件输出结果”，怎么办？
此结果仅作为参数输入警告，不代表参数必然有误，请用户谨慎使用输出结果。
有些模块点击没有反应？
这些模块正在开发中，更多功能请期待软件更新版本。
软件被杀毒软件杀掉，怎么办？
本软件不收集任何个人计算机信息，请将软件添加进入杀毒软件的白名单。

下载地址及安装

软件下载

请从以下网盘下载地址获取最新版“地热计算器”，并联系微信号drnzx9527（负责人二维码如下）获取软件安装证书。

下载链接：https://pan.baidu.com/s/1_GzQzU47rEJrCfgSSMZgWA

提取码：drw2

软件使用环境以及安装

1、操作系统：64位Windows 10版本

2、下载安装包到计算以后，双击“地热计算器”安装包图标，根据提示即可完成安装。

3、注意：由于Windows10系统默认没有给C盘文件写入权限，而本软件运行时会产生一些中间文件，有可能会被系统拦截导致软件崩溃，因此不建议安装在C盘。如果您的计算机只有C盘一个盘，那么请将C盘的写入权限更改后再安装本软件。

获得证书

在未获得证书之前，打开软件将看到如下界面：

其中本机机器码依不同的计算机而各不相同您可以将上述生成的机器码发送到上述微信号drnzx9527或者geothermalkits@163.com，管理员将于两个工作日内将证书发送到您的邮箱。在获得证书并导入成功后，您将看到如下提示：

注意：如果在导入过程中出现闪退，说明您计算机的C盘不允许文件写入。您可以重新将本软件安装在其他盘。如果您的其他盘依旧不允许写入，请联系软件开发人员协助安装。

各模块简要说明

地热计算器是由Python语言编写，它的部分功能是通过调用OpenGeoSys计算内核，实现为地热资源可持续开发服务。目前地热计算器的构架包括井间距优化、资源评价、浅层地热、深井换热、U型井换热、二氧化碳减排量计算以及静态地层温度预测等模块，软件内置使用说明书。

静态地层温度预测模块

本次发布地热计算器3.3版本软件新增“静态地层温度预测”模块，新模块由田小明和刘昌为开发。由于钻井液、泥浆等扰动影响，通过井底温度来获取真实地层温度过程中需要多次关井、多次测量才能确保其准确性，然而由于井下扰动较大，关井时间有的需要几天、甚至几个月才能趋近稳定，时间、人员、设备成本较高，该模块能够实现低成本快速地层温度的真实预测。

（1）双击“地热计算器”图标，启动软件，如图所示：

（2）点击“计算模块”-“静态地层温度预测”。

（3）参数输入

可以通过在表格中分别输入关井时间（小时）和井温（摄氏度）来输入测温数据。在输入参数的过程中，可以针对选中的行进行“添加行”和“删除行”的操作来增加或者删除整行数据。也可以通过点击“导入文件”按钮来导入类似如下数据格式的文件里的时间和温度数据：

点击“计算并绘图”即可获得静态地层温度预测数据，如下图：

上图中渐近线（红色虚线）代表关井时间趋近无穷大时的井底温度，也就是接近真实的静态底层温度

（4）原理简介：

“静态地层温度预测”模块的计算主要基于文章Static Formation Temperature Prediction Based on Bottom Hole Temperature里所建立的静态地层温度预测公式：

其中t为时间，BHT为井底温度(Bottom Hole Temperature)，a、b、c为相关控制变量系数。

通过使用粒子群算法求解系数a、b、c使得模型计算的结果与输入的观测值的差别越来越小，最后小于误差值限度则计算结束。在取得优化的a、b、c之后，延长时间t至无穷大，则可以预测静态地层温度。

二氧化碳减排量计算模块

本模块需输入地热供热项目相关系统参数，如供热面积、热指标等，计算项目活动中地热资源提供的净热量、基准线排放量、年减排量等。计算所得结果以文本形式在软件结论框中输出，方便用户引用。注意：含有热泵的供热系统需自行计算热泵碳排放量。

CCER算法计算二氧化碳减排量

GB/T 11615算法计算二氧化碳减排量

U型井换热模块

地热计算器的“U型井换热”模块实现了对中深层U型管式取热不取水换热器取热过程的动态长期模拟。该模块采用OGS-6数值算法（双连续介质有限元法）作为计算内核，可实现针对地埋管及其周围三维耦合岩土的动态传热计算。同时借助GMSH软件方法实现了网格自动剖分，在不影响计算精度的情况下，极大地减少了模型所需网格数量。目前模型运行时间缩减到约20分钟/取热运行年，运行效率相比传统三维数值模拟提高了数十倍，最大限度地确保了计算效率同时减少了用户操作难度。

深层U型管进出口温度随时间变化曲线图

第3月管内循环温度分布图

第16月管内循环温度分布图

剖面温度分布动图

深井换热模块

地热计算器的“深井换热”模块主要是对同轴管深层取热不取水模型进行模拟，该模块耦合了双连续介质法（即换热井和周围岩体），实现了网格剖分自动化，极大地减少了模型的网格数量，让以往模型的运行完成时间从几天缩减到几个小时之内，运行效率提高了近十倍，最大限度地保障了计算速度和减少了用户操作难度。

一键实现深井换热模拟

温度随深度变化曲线图

采出井出口温度随时间变化曲线图

井间距优化模块

“井距优化”模块主要是以地热对井(Doublet)为模型进行对井井距优化模拟计算，井间距优化模块可以辅助地热资源开发的决策者进行热田生产管理。

一键实现井间距优化

资源评价模块

“资源评价”模块主要是对地热储层进行简单的地质建模并计算地热资源量。

一键实现地热资源评价

浅层地热模块

“浅层地热”模块主要模拟的是浅层地埋管井排换热模型。

一键实现浅层地热模拟

温度场随时间变化分布图

最后一年温度随时间变化图

新模块开发进度

后续开发计划

当前“地热计算器”软件V3.3版本包含有井距优化、地热资源评价、浅层地热、深井换热、U型井换热、二氧化碳减排量计算以及静态地层温度预测等功能，在未来的升级版本中会逐步加入地热资源评价三维可视化评价、地热优化开采方案设计及示踪试验结果分析等功能。如果您有什么新的模块功能建议欢迎联系下方二维码：

合作计划

（1）地热计算器定制化模块开发

在地热开发的过程中，对井间距模块、资源评价模块、浅层和中深层地热换热模块等功能有特殊要求的企事业单位可联系我们协作开发地热计算器定制版或者合作开发。

（2）地热数值模拟主题培训

以OpenGeoSys软件为主，我们可以提供“地下储热”、“矿山地热”、“油田地热”、“深井换热”、“井间距优化”及“EGS开发利用”等主题培训，另外也可根据企事业单位具体的需求准备定制化培训课程内容。

（3）地热数值模拟项目协作

针对企事业单位在项目运行的过程中遇到的地热数值模拟问题，我们可以协助提供优质的一站式解决方案或“交钥匙”工程方案。

2020.05 “地热计算器”软件开发项目正式启动

“地热计算器”软件是一款专注于进行地热数值模拟的软件。其最大的特点是操作简单，易于上手，旨在简化数值模拟在地热领域工程应用中的难度。本软件开发的项目于 2020 年由孔彦龙和刘昌为发起；由田小明对软件以及证书管理器进行构架、编写、源代码仓库管理、以及本网站运营维护；由黄永辉，蔡皖龙，陈超凡对涉及到 OGS 模块的部分提供技术支持；由王中鹏对软件进行发布、证书管理及运营。

2020.10 “地热计算器V1.0”正式发布

经过数月的不断优化，中科院汪集暘院士团队领衔开发并完成的“地热计算器”1.0版本即日正式发布，该软件旨在简化数值模拟在地热领域工程应用中的难度。本次发布软件在内测版本井间距优化模块（该模块由孔彦龙，田小明，黄永辉和刘昌为开发）的基础上，新增了地热资源评价标准模块，该模块由汪胜和田小明开发。

2020.11 “地热计算器V2.0”正式发布

中科院汪集暘院士团队领衔开发并完成的“地热计算器”2.0版本即日正式发布。本次发布地热计算器2.0版本软件在原有井间距优化模块、地热资源评价标准模块的基础上加入了浅层地热模块，本模块由田小明，陈泷，邵亥冰和孔彦龙等开发完成。

2021.03 “地热计算器V3.0”正式发布

本次发布地热计算器3.0版本软件在原有井间距优化模块、地热资源评价标准模块、浅层地热模块基础上，新增深井换热模块，本模块由田小明，黄永辉，孔彦龙开发。

2022.01 “地热计算器V3.1”正式发布

中科院汪集暘院士团队领衔开发“地热计算器”3.1版本即日正式发布，该版本升级使用OGS-6计算内核，新增U型井换热模块，该模块由西安交通大学蔡皖龙博士、亥姆霍兹环境研究中心陈超凡博士、代夫特理工大学田小明博士和中科院黄永辉博士、孔彦龙博士等联合编写。

2022.09 “地热计算器V3.2”正式发布

中国科学院地质与地球物理研究所汪集暘院士团队领衔开发的地热计算器软件3.2版本正式发布，该版本对先前版本的部分算法进行了修正，进一步提升了计算速度，并首次新增“二氧化碳减排量计算”模块，新模块由于淼、田小明和孔彦龙开发。

2023.09 “地热计算器V3.3”正式发布

中国科学院地质与地球物理研究所汪集暘院士团队领衔开发“地热计算器”3.3版本正式发布，V3.3对先前版本的部分算法进行了修正，进一步提升了计算速度，并首次新增“静态地层温度预测”模块，它可以帮助用户低成本高质量获取地热井真实静态地层温度，实现钻井、开采、回灌等对地层扰动的地层真实温度智能预测，新模块由田小明和刘昌为开发。