雄安新区地热井同轴套管闭式循环取热技术研究

宋先知，张逸群，李根生，李瑞霞，于 超，李敬彬，郭啸峰

雄安新区地热井同轴套管闭式循环取热技术研究

宋先知1，张逸群1，李根生1，李瑞霞2，于 超1，李敬彬1，郭啸峰2

(1. 中国石油大学(北京)油气资源与探测国家重点实验室，北京 102249；2. 中国石化集团新星石油有限责任公司，北京 100083)

地热能是一种含量丰富、成本相对低廉且分布广泛的可再生能源．雄安新区地热储量丰富，亟需高效取热的技术．地热井同轴套管闭式循环取热技术是一种适用于中深层地热、兼具换热效率高和“取热不取水”等优点的新型地热开发模式．单井同轴套管闭式换热系统由钻入地热地层中的垂直井以及井筒中呈同轴位置关系的中心管组成．在此系统中，循环工质从地面通过高压泵被注入环空，通过热对流和热传导从井壁提取热量，然后通过中心管返回地面流经热交换器被利用．本文针对雄安新区地热储层，首先完成同轴套管保温结构、高导热水泥的设计与研发；然后根据设计结果，对地热储层最大产能、井下换热系统取热效率及关键参数的影响规律进行了数值模拟研究；最后在研究基础上，开展同轴套管闭式循环取热技术的现场试验，完成针对中低温地热资源的同轴套管闭式循环取热技术研究及分析，并基于现场情况对不同热储条件和保温结构进行了经济性分析．研究结果表明，地热井同轴套管闭式循环取热技术可以满足对中深层地热能的开发需求，设计的保温结构和高导热水泥对取热供热有积极作用，形成了包括井身结构设计、保温结构设计、井下高效取热装置开发等在内的地热井高效取热完整技术体系．

地热能；同轴套管换热器；保温结构；数值模拟；现场试验；可行性分析

地热能取自地壳，是由地下高温熔岩通过对距离地面1～5km处的地下水进行涌动加热而形成的能源[1]．我国地热资源占全球资源总量的比例约为8%，且广泛分布在中西部地区，超过了全国地热资源总量的70%，地热资源非常丰富[2]．中国在地热资源的直接利用方面连续多年居世界前列．近年来，地热供暖在京津冀地区推广使用．特别是雄安新区的雄县地区，城区利用地热集中供热已基本实现全覆盖，堪称全国首座“无烟城”，形成了业界发力推广和复制的“雄县模式”．

对于地热资源的开采，最常见的方法是直接采水取热．但这种方法具有局限性，并且地下水的采出可能会引起一系列的问题，比如地下水位下降和地层塌陷等问题．国家“十三五”规划提倡“取热不取水”的方式开发利用地热资源，单井同轴套管闭式换热系统完美契合该倡议．该系统实现了“取热不取水”，避免了低渗地层的回灌限制以及对地下水和地层的污染．同时，该换热系统主要通过地层水的强制对流、环空内管的自然对流和井筒与地层的热传导进行换热，这种传热方式的效果在很大程度上优于地埋式热泵系统中通过土壤传热的效果．除此之外，该换热系统通过整个与地层接触的区域进行换热，换热面积远远大于单井U型管井下换热系统，且通过国外学者如Acuña等[3]以及Wood等[4]的研究，证明同轴套管系统的压耗和使用成本均比U型管系统低．因此，综合适用范围、取热效率及环境保护等多种因素考虑，多数情况下单井同轴套管闭式换热系统是进行地热开采的最佳选择.

自20世纪80年代美国的Horne[5]教授第1次提出单井同轴套管闭式换热系统以来，国内外学者对单井同轴型换热系统的理论模型及应用进行了大量研究[6-15]，主要包括循环方式及取热影响因素等方面. 前人证明反循环可获得比正循环更大的取热功率，较大的地温梯度、温差、中心管热阻、水泥导热系数和流量可以提高取热功率．国内外学者在系统应用方面也进行了大量的探究，利用废弃油气井改造为地热井受到许多研究者的关注[16-26]，由于废弃油气井较多，改造费用比新钻井低得多，因此具有较高可行性.

前人的工作对地热井同轴套管闭式循环取热技术的发展做出了重要贡献，但是目前研究内容主要集中在单井换热系统的理论研究，缺乏一整套理论和现场相结合的技术体系，因此有必要开发一种地热井同轴套管闭式循环取热综合技术用于地热开采．本文针对雄安新区地热储层，首先完成保温结构、高导热水泥的设计与研发；然后根据设计结果，对地热储层最大产能、井下换热系统取热效率及关键参数的影响规律进行了研究；最后在研究基础上，开展地热井同轴套管闭式循环取热技术的现场试验，完成针对中深层地热资源的单井取热供热可行性研究．

1 技术方案

1.1 单井同轴套管闭式换热系统取热机理

地热单井同轴套管闭式换热系统由钻入地热地层中的垂直井以及井筒中呈同轴位置关系的中心管组成．系统的换热过程如图1所示．在此系统中，将循环工质从地面通过高压泵注入环空，由于温度差异，环空中的循环工质通过热对流和热传导从井壁提取热量，然后通过中心管返回地面，流经热交换器被利用．循环工质在轴向流动方向会发生热对流．环空和地层之间由套管和水泥分隔，并在其内部发生热传导．除此之外，在换热工质与周围地层的温差驱动下，井筒与储层之间的热对流和热传导可以弥补井筒周围的热损耗，而且地层水的流动可以加快热传导过程．由循环工质提取出的地热能源可以通过换热器应用于供暖或发电．

图1 单井同轴套管闭式换热系统示意

1.2 保温结构设计

为了降低内管中流体热损失，提高换热效率，设计研制了双层保温管[27]，主要包括钢管、外管短节、底封、内管短节和保温短节．其中钢管分为内管与外管，可在两者之间形成环空．具体结构如图2所示．

图2 双层真空保温管结构

首先将外管短节上端与钢管相连，同时将底封与外管短节坐封，形成密闭空间，并将该外管管柱下入井中，到达预计位置后将其固定在井口位置．然后将其内管短节从外部钢管中逐渐下入，在内外钢管之间形成充满空气的环空．接着将内管逐渐下入到外管短节位置，通过密封件密封，防止水流进入内外管之间的环空．继续下入内管，当内管短节到达底封位置，打开底封，继续下入直至锥形面重合，实现有效坐封，对内管进行固定．此时，内管与井筒连通，形成了水流通路．最后将保温短节与外管相连接，在保温短节的侧面存在抽真空接口，可与真空泵相连接．通过以上措施，形成全尺寸空气环空，干燥空气的导热系数为0.023W/(m·℃)，可以实现有效的隔热保温．但是从传导散热的角度考虑，在井口安装保温短节，并通过真空泵将内外管环空中的气体抽出形成真空，实现全尺寸的真空保温，极大地降低了回水过程中的热损失，提高了取热功率．

根据不同的保温需求，现场可以综合考虑保温效果及成本等因素，选择不同的保温管长度．

1.3 高导热水泥

在套管和储层中间有一层固井水泥，它是储层和套管换热的媒介，水泥和地热储层直接接触，通过热传导将热量传递给套管，因此水泥导热系数对整个换热过程的影响不可忽视．笔者设计了一种地热井导热型固井水泥，对水泥石进行了导热系数、抗压强度、孔隙度等参数的测定，并对其进行电镜扫描检测，研究了影响地热井导热型固井水泥石导热系数的关键因素．得到了以下结论．

(1) 环境温度影响地热井导热型固井水泥石的导热系数．环境温度越高，地热井导热型固井水泥石导热系数越低．

(2) 石墨的高导热性能、水泥石的孔隙度是影响水泥石导热系数的主要因素，一方面石墨的高导热性能可以提高水泥石导热系数，另一方面石墨增加导致孔隙度增大，进而降低了水泥石导热系数．石墨的含量从0增加到0.05时，石墨的导热性能起主要作用，水泥石导热系数增大；石墨的含量从0.05增加到0.20时，孔隙的隔热效果起主要作用，水泥石导热系数降低，如图3所示．铁的含量从0增加到0.20，铁的高导热性能和孔隙度的减小共同提高了水泥石的导热系数．铜的含量从0增加到0.20，铜的高导热性能和孔隙度的减小共同提高了水泥石的导热系数．

(3) 石墨、铁、铜的含量从0增加到0.20时，水泥石的抗压强度都在降低．在满足水泥石抗压强度提高水泥石导热系数的条件下，建议石墨的添加比例在0～0.15之间，铁的添加比例在0～0.20之间，铜的添加比例在0～0.20之间．

图3 水泥石导热系数随石墨含量的变化

1.4 井下温度监测技术

为测试单井同轴套管闭式换热系统取热过程中井筒内温度分布规律，本文设计了固定直读式和移动直读式两种温度测试方案，分别如图4和图5所示．对于固定直读式测温方案，该系统可同时下入多根热电偶电缆，分别对内外管的不同层位进行监测，用于生产中的井下状况长期监测，一次下井可以连续工作至少18个月，监测温度数据，避免了间断监测的数据的不连贯性，对生产方案调整及开发规划提供了有力的数据支持．而移动式测温方案，通过地面测井车电缆滚筒运动，带动井下监测仪移动，可以监测不同深度的温度数据．该方案可以测得多个测点，得到井筒的温度剖面，并且测试简便，操作简单．

图4 固定直读式实时温度测试方案示意

图5 移动直读式实时温度测试方案示意

2 数值模拟

2.1 单井同轴套管闭式换热系统流动传热模型

2.1.1 环空和中心管中流体流动传热方程

在该模型中，采用非等温管流来描述环空和中心管中换热工质的流动和传热过程．按照实际几何特征进行建模与数值模拟，相关的守恒等式为

当计算环空中的流量时，引入水力直径代替环空的内径p，即

式中：eq为水力直径，m；1为环空内径，m；2表示环空外径，m．

2.1.2 地热储层中流体流动传热方程

在地热储层中，考虑到储层岩石与地热流体之间的局部热平衡假设，则有

式中：为储层的孔隙度；s为储层岩石的密度，kg/m3；s为储层岩石的热容量，J/(kg·℃)．

一般来说，地热储层中的流体流动可由达西定律来描述，动量方程和质量守恒方程为

2.2 模型假设及初始值

本文建立了考虑井筒和储层流体流动传热过程的三维非稳态数值模型．在该模型中，包括套管、水泥和岩石在内的固体部分被认为是均匀、各向同性的．此外，它们的热物理性质恒定且与温度无关．地下水流的方向为沿水平方向流动．利用非等温管流模型对环空和内管中流体的流动进行描述．模型中忽略了循环工质的径向流动，使用一维模型模拟管道流动剖面．

此模型使用河北省雄安新区地热田中的一口地热改造井进行验证．所选地热井采用自主设计的保温技术．相关热物性参数见表1．考虑到改造成本和生产利润，此井的设计为半保温．笔者在井中进行了一系列的取热实验．在本研究中，默认参数基于地热田的实际数据，具体参数如表2所示．对于井筒中的工作流体，初始温度被认为与地层温度相同．地温梯度为0.027℃/m，井底初始温度为57℃．此外，储层基质中原始地下水流速度约为40m/a，平均孔隙度为0.2．从现场条件来看，入口温度和流量分别保持在9℃和23m3/h．此外，在储层边界处无流动，模型的顶部和底部边界被认为是绝热表面．考虑到中国北方的采暖期，笔者设定模型的生产时间为120d.

表1 相关物性参数

Tab.1 Related physical parameters

表2 模拟案例的默认参数

Tab.2 Default parameters for simulation cases

2.3 模型网格划分及无关性验证

在此模型中，通过三维建模对周围储层中的传热和其中热流体的流动进行模拟．在井筒模型的建立中，使用非等温管流模型模拟环空和保温中心管内的流体流动传热过程，其中环空和内管用一维直线表示．该模型由两个域组成，即三维域和一维域，它们通过()项进行耦合．在COMSOL软件中，可以使用耦合运算符来完成该操作，该运算符可以将变量从源域映射到具有不同维度的目标域．一维域环空和内管模型的建立也采用相同的方法，这样可以减少计算时间并确保计算精度，如图6所示．

图6 模型耦合过程

对于模拟网格的划分，本文采用扫掠网格的方法，如图7所示．在源表面(上表面)上使用三角形网格进行划分，然后沿着轴向扫描网格到相对的目标表面(底表面)以产生三棱柱单元．在网格的划分中，为了避免边界效应，要对顶部和底部边界附近的网格进行细化．

图7 数值模拟网格划分方案

为了确保模拟结果与网格数无关，笔者计算出具有不同网格数的单井同轴闭式地热系统的出口温度，如图8所示．根据图8可以得出，随着网格数的增加，计算时间急剧增加．当网格数超过52000时，出口温度几乎保持不变．但是，当网格数小于30000时，不同网格数对应的模拟结果完全不同．因此，考虑到计算时间和精度，在以下研究中划分网格数为52000的模拟是合理的．

图8 不同网格数所对应的出口温度及计算时间

2.4 温度场分析

图9是120d之后的垂直温度剖面和底部温度剖面．120d时，影响半径达到约10m．这表明与储层直径相比，该井的波及范围很小，这证明了所选计算区域是合理的．而且，这表明热传递主要发生在径向上．在井眼周围存在低温区域，该低温区域随着生产时间的增加而缓慢变大．由于地下水流动，底面温度分布并不完全对称．

模型还针对系统采取不保温、半保温(900m保温管)以及全保温的情况，分析了井内温度分布，如图10所示．在全保温条件下，环空中流体的温度随井深近似呈线性增加，出口温度仅比井底温度略高，这是因为在水上返过程中保温管的绝热层可以隔绝环空和中心管中流体之间的热量交换，而井内流体和管道壁之间的摩擦使得中心管内温度略微升高．但是，井筒中流体的温度在不保温条件下会急剧变化，这表明中心管和环空内流体之间的换热很强，这对流体从地热储层中提取热量是不利的．雄安新区热储属于中深层地热资源，用于开采地热的井一般较深，因此考虑到现场施工的成本以及经济效益，一般采用半保温的措施．

图9 120d时井底温度剖面及垂直温度分布

图10 120d时井内流体温度分布曲线

2.5 敏感性分析及产能预测

前人已经针对不同的储层参数对取热效果的影响进行了大量的分析，而在确定的储层条件下，不同的工艺参数对换热效率的影响不同．本文针对雄安新区西柳村某地热井基本数据，对保温管长度、流量、入口温度等工艺参数进行分析及优选，对下一步现场试验进行理论指导．

2.5.1 保温管长度

保持其他参数不变，改变保温管的长度，计算得到出口温度和取热功率随保温管长度的变化曲线，如图11所示．

由图11可以看出，出口温度和取热功率均会随保温管长度增加而增大，保温管长度对取热效果有显著影响．这是因为保温管的绝热层会阻碍管内流体向环空散热，增强换热效果．当保温管长度为0～900m时，出口温度迅速增加；当保温管长度超过900m后，出口温度的增加逐渐放缓．因此，考虑到现场实际情况，采取半保温措施(保温管长度900m)是较为合理的．但是若要取得更好的取热效果，增加保温管长度是必要的．

图11 出口温度与取热功率随保温管长度的变化曲线

2.5.2 流体流量

保持其他参数不变，改变流体流量，计算得到10～50m3/h条件下的出口温度随流体流量的变化曲线与取热功率随流体流量的变化曲线如图12所示．

图12 在不同流量条件下出口温度与取热功率随时间的变化曲线

由图12可知，在生产初期的7d内，取热功率和出口温度均迅速降低，这是由于流体和储层之间的初始温差较大并且井筒附近无法得到及时的热补偿；在60d后会进入稳产区，此时的出口温度和取热功率都趋于稳定，因此按照120d时的计算结果对产能及经济效益进行评价比较合理．

出口温度与取热功率随流量变化如图13所示，随着流量的增加，出口温度先降低，然后升高，流量临界值为35m3/h，出口功率则是随着流量的增大逐渐增大．这是因为一方面，由于通过相同直径的管段的较高的体积流量导致较高的流速，因此减少了工质与储层之间的传热时间，从而降低了出口温度．另一方面，体积流量的增加导致流量的增加，从而增加了管道流量的雷诺数．这将增强流动的湍流强度，从而促进管道中工作流体的强制对流传热，增加了工质与管壁之间的摩擦，从而提高了出口温度．而流量增加，工质与管壁之间的摩擦会增强，这样会导致循环压耗增加，从而导致生产成本急剧增加．因此现场可以根据所需的出口温度和成本来确定合理流量．

图13 出口温度与取热功率随流量变化曲线

2.5.3 入口温度

出口温度与取热功率随入口温度的变化如图14所示，随着入口温度的提高，出口温度线性增加，取热功率线性降低．根据计算结果，取热功率曲线的斜率近似为-6.62kW/℃，表明入口温度会显著影响系统取热效果．因此为了提高系统产能，根据实际情况可以适当降低入口温度．而根据当地条件，水的入口温度选用9℃．

图14 出口温度与取热功率随入口温度变化曲线

2.5.4 水泥导热系数

保持其他参数不变，改变固井水泥的导热系数，计算得到0.1～1.2W/(m·℃)下的出口温度随水泥导热系数的变化曲线与取热功率随水泥导热系数的变化曲线如图15所示．

图15 出口温度与取热功率随水泥导热系数变化曲线

水泥的导热系数和地层相比较低，这阻碍了井筒和地层之间的热量传递，笔者系统分析了水泥导热系数的影响．由图15可知，水泥导热系数对系统的取热效果影响显著．系统的出口温度和取热功率均随水泥导热系数先迅速提高，然后增速放缓，增速的临界值为0.4W/(m·℃)．水泥导热系数最大时的取热功率相比最小时的取热功率提高了114.63%．因此，在现场应用具有较高导热系数的固井水泥对系统取热效果具有积极作用．

3 现场试验

3.1 试验前准备

试验井位于河北省雄安新区，本是一口用于开采地热流体的直井，后来由于产能过低被废弃．该地热井完钻深度2530m，成井深度2530m，目的层1800m温度57℃，地温梯度0.027℃/m．最大地层孔隙压力梯度为1.1g/cm，位于1900m．

单井同轴套管闭式换热系统现场试验的前期准备工作包括试验场地的筛选、井身结构设计和管柱强度校核、开发方案优选、工艺参数设计和温度测试方案设计，从钻完井、开发和测试方面进行了充分的设计，为现场试验的开展提供了理论指导，确保现场试验安全顺利推进．经过前文分析，考虑到改造成本和生产成本，采用半保温的结构，即双层保温管长度900m．循环工质选用水，根据数值模拟结果和现场实际条件选定的其他系统运行参数如表3所示．

根据前文设计结果，下面按井深1900m进行管柱强度校核．分别对双层保温管的内外层管柱进行校核，具体校核结果如表4所示．

表3 系统运行参数

Tab.3 System parameters when working

表4 管柱校核结果

Tab.4 Design results of casing

做好管柱强度校核后对直井进行改造，建立单井同轴闭式地热系统．在1800m处下入封隔器，并下入第2节设计的保温管及井下测温装置．考虑到生产成本和适用性，本次试验选择了固定直读式测温方案．该方案设计在入口、保温管与井筒环空900m、保温管内900m、井底和出口5个位置处共布置5个测点，直径4mm的电缆分别在900m和1800m处封装2个测点，直径3.5mm电缆在900m处封装一个测点，然后将电缆与井口控制器相连．井口控制器温度显示精确到0.1℃，可用于生产数据的长期监测．保温管分为2-7/8和4-1/2两种尺寸，分别下入1800m和900m．通过环空泵入冷水，冷水与地层换热升温，并从保温油管上返至地面，通过地面管线进入换热泵；下入两根测温电缆，分别布置上述5个测温点，水循环期间，测温电缆实时收集温度数据，上传至地面接收装置．井身结构及测点分布如图16 所示．

3.2 试验结果分析

井下换热器进出水温度随运行时间降低，并趋于稳定；进出口温差随进水温度的降低而增加，即进水温度越低取热功率越大，如图17所示．井下换热器取热功率逐日下降并于2周左右趋于稳定；稳定时，试验井的取热功率约为160kW，如图18所示．将现场试验数据与数值模拟结果进行对比，发现吻合较好，如图19所示．试验效果达到预期，说明兼具换热效率高和“取热不取水”等优点的地热井同轴套管闭式取热技术应用于地热开采是可行的，并且存在进一步优化的可能．

在此基础上，笔者进行基于现场试验井况的不同热储条件和保温结构的经济性分析[30]．假设系统运行寿命20a，分别计算了不同保温情况以及不同地温梯度的内部收益率和动态投资回收期，结果见表5．可以看出，随着井底温度和地温梯度的增加，内部收益率增加，投资回收期缩短；保温长度对经济性影响显著，增加保温段长度可有效增加项目经济性；当保温长度较短时，不能提取足够热量以满足项目经济性．

图16 井身结构及测点分布

图17 井下换热器进出口水温及温差逐时变化

图18 井下换热器取热功率逐日变化

图19 模拟结果和现场数据对比

表5 不同热储条件和保温结构的经济性分析

Tab.5 Economic analysis of different reservoirs and thermal insulation structures

注：测算条件为取暖费18元/m2，配套费40元/m2，电费0.5元/ (kW·h)，热泵COP＝4.5，运行全寿命20a．

4 结 论

地热井同轴套管闭式循环取热技术是一种适用于中深层地热、兼具换热效率高和“取热不取水”等优点的新型地热开发模式．

(1) 针对雄安新区地热储层，完成保温结构、高导热水泥的设计与研发以及井下温度监测技术的 设计．

(2) 根据设计结果，对地热储层最大产能、井下换热系统取热效率及关键参数的影响规律进行了数值模拟研究，优选出现场试验所需的工艺参数．

(3) 在数值模拟研究基础上，在雄安新区开展地热井同轴套管闭式循环取热技术的现场试验，完成针对中低温地热资源的单井取热供热可行性研究．

(4) 研究结果表明，数值模拟结果和现场试验结果是吻合的，地热井同轴套管闭式循环取热技术可以满足对中深层地热能的开发需求．设计的保温结构和高导热水泥对取热供热有积极作用，保温管长度和水泥导热系数和取热能力都呈正相关，在成本允许的情况下可以尽量增大保温长度并配置高导热系数的水泥用于固井来提高取热效率．

(5) 由于本次现场试验应用的是废弃地热改造井，没有进行高导热水泥的实际应用，后续研究可以在此基础上展开．

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Performance Study of the Downhole Coaxial Closed-Loop Heat Exchange Technology in Xiong’an New Area

Song Xianzhi1，Zhang Yiqun1，Li Gensheng1，Li Ruixia2，Yu Chao1，Li Jingbin1，Guo Xiaofeng2

(1. State Key Laboratory of Petroleum Resources and Prospecting，China University of Petroleum-Beijing，Beijing 102249，China；2. Sinopec Star Petroleum Co.，Ltd.，Beijing 100083，China)

Geothermal energy is a resource-rich, low-cost and widely distributed energy. Xiong’an New Area is rich in geothermal resources and urgently needs efficient heat extraction technology. The downhole coaxial heat exchange technology is suitable for the development of medium-deep geothermal resources with advantages of high heat extraction efficiency and“heat extraction without water extraction”. The downhole coaxial heat exchange system consists of a vertical well drilled into the geothermal formation and a central tube in the wellbore in a coaxial position. In this system，the working fluid is injected into the annulus and extracted through the insulated inner tubing，forming a reverse circulation. The working fluid inside the annulus extracts heat via heat convection and heat conduction from the hot wellbore. This paper aims at the geothermal reservoir in Xiong’an New Area and has done the following work. First，the design and development of thermal insulation structure and high thermal conductivity cement was completed. Then，based on the design results，numerical simulations were carried out to study the maximum capacity of the geothermal reservoir，the heat extraction efficiency of the downhole heat exchange system and the influence of key parameters. Finally，a field trial of downhole coaxial heat exchange technology was conducted on the basis of the previous numerical simulation，and a performance study of the downhole coaxial closed-loop heat exchange technology was completed. And a related commercial analysis of different geothermal reservoir conditions and insulation structures was carried out based on the field condition. The research results show that the downhole coaxial heat extraction technology can meet the development needs of mid-deep geothermal energy resources. The designed insulation structure and high thermal conductivity cement have a positive effect on heat extraction. And a set of efficient heat extraction technology system for geothermal well have been formed，which include well structure design，insulation structure design，and development of high-efficiency downhole heat exchangers.

geothermal energy；downhole coaxial heat exchanger；thermal insulation structure；numerical simulation；field trial；feasibility analysis

TK529

A

0493-2137(2021)09-0971-11

10.11784/tdxbz202007023

2020-07-08；

2020-10-15.

宋先知（1982—  ），男，博士，教授.

宋先知，songxz@cup.edu.cn.

国家重点研发计划资助项目(2018YFC0604304，2016YFE0124600)；国家自然科学基金优秀青年科学基金资助项目(51822406).

Supported by the National Key Research and Development Program of China(No.2018YFC0604304，No.2016YFE0124600)，the National Natural Science Foundation of China Outstanding Youth Science Foundation(No.51822406).

(责任编辑：王晓燕)