干热岩钻探关键技术及进展

 干热岩资源是一种储量巨大的可再生清洁能源,开采干热岩资源的方法是钻开储层、建立增强型地热系统(EGS)。干热岩地层通常为火成岩,研磨性强、可钻性差,温度高于200℃,对钻探工艺、设备、材料要求极高。本文在分析干热岩高温钻探特点和难点的基础上,介绍了高温钻井液、井下钻具、高温井控、火山岩压裂、分布式测温等关键技术及其进展,提出了中国干热岩高温钻探技术研究的重点和方向。     

干热岩钻探井控技术研究

 干热岩地层通常为火成岩,地层可钻性差、温度高,钻探过程中容易发生漏失、井喷、井涌等事故。中国干热岩钻探井控技术及装备略显不足。为满足干热岩钻探高温井控需要,保障施工安全,分析了干热岩钻探地层温度、压力与井喷的关系。针对干热岩钻探特点,设计了旋转防喷器及配套控制系统,该旋转防喷器具有结构简单、耐高温、高转速、操作简单等特点。应用该旋转防喷器可有效改善干热岩钻探工作环境,降低钻探风险,确保施工安全。     

高温干热岩采热系统钻探技术研究进展

干热岩(hot dry rock, HDR)作为一种清洁和可再生能源,较传统能源有很多优点,但钻探难度大一直是制约其推广应用的主要问题。首先分析了干热岩高温钻探的特点和难点,随后系统地梳理了包括先进钻井技术、钻井工具及钻井液的中外研究进展。详细评述了气体钻井、液氮射流钻井及热-机械联合钻井(combined thermal mechanical drilling, CTMD)3种钻井技术的运行机理和适用范围,钻井工具的研究现状和发展方向,以及不同高温钻井液体系的选取依据和整体性能优化思路。最后,结合目前的研究水平进一步对钻进过程中钻井设备的高效优选、新型钻井液的整体性功能评价以及设备参数的动态调控进行了展望,以期为中国高温干热岩采热系统钻探研究及工程实践提供参考。     

福建省非常规能源(干热岩、页岩气)学科发展报告

该文阐述了我国非常规能源(干热岩、页岩气)的研究现状和工作进展、发展规划及工作部署,介绍了国内外对干热岩、页岩气勘查开发的关键技术,存在的问题等;总结福建省干热岩、页岩气勘查进展、资源赋存条件及潜力分析,提出了福建省发展清洁能源和能源结构调整的战略任务及对策。     

干热岩地热储层钻井和水力压裂工程技术难题和攻关建议

干热岩地热资源是清洁能源的一种,也是国家能源战略优化的关键措施之一.对干热岩储层的开发是通过钻井和水力压裂建立人工热储构造,利用地热水循环提取热量,达到地热发电和供暖综合利用的目标.其中干热岩储层钻井和水力压裂施工是开发成功的关键.但是国内对于干热岩地热储层的开发才刚刚起步,针对干热岩的钻井和水力压裂技术还处于探索阶段,相关研究也还不成熟.本文综合前期研究基础和国内外实地调研,从干热岩地热储层地质条件、岩石物理和化学性质以及目前的施工手段等总结了钻井与水力压裂工程技术难题和前期的经验教训,并提出了今后的理论研究方向和技术攻关建议.以便尽快实现我国干热岩储层钻井和水力压裂配套工程技术,促进干热岩资源的有效利用.     

共和盆地恰卜恰地区干热岩资源量初步估算及评价

干热岩作为一种可再生的新型能源,具有热能大、分布广、开发利用对环境影响小、不受季节等自然条件的影响等优势。为了探究共和盆地恰卜恰地区干热岩资源量,于2013—2017年在青海共和恰卜恰——上塔迈一带实施了4眼干热岩钻孔,根据钻探揭露情况,获取了恰卜恰地区大量干热岩地热地质参数,初步估算评价了恰卜恰地区地热资源量为130.87×10~(18)J,换算标准煤44.71亿t。为后期共和地区干热岩进一步勘查开发奠定了初步基础。     

浅层地热能与干热岩资源潜力及其开发前景对比分析

 浅层地热能与干热岩是地热能中最具潜力的部分,前者通过给建筑供暖(制冷)减少国家能源需求,后者则通过高温发电增加国家可再生能源供给,两者都具有资源潜力大、清洁环保的优势,其开发技术地源热泵与增强型地热系统也具有原理上的相似性。本文对比分析了浅层地温能与干热岩的基本概念、资源潜力、节能效果、经济效益、环境影响等,讨论了两者间的优缺点及开发前景,针对中国地热资源赋存特征及国家能源发展规划,提出了未来地热向深部发展的建议。     

美国开发干热岩计划的进展情况

干热岩的支持者认为,干热岩是可提供化石或核能源的几种实用的、中期的替代能源中的一种,而几乎没有环境问题或与化石或核能源有关的缺点。如果干热岩能有效地开发的话,美国整整一年的能源需要量就可包含在五十立方英里的花岗岩体中。     

中国大陆干热岩地热资源潜力评估

 地热资源是一种极具竞争力的清洁可再生能源,按其成因和产出条件可分为水热型和干热岩型,其中,干热岩型地热资源以其分布的普遍性和高热储温度而更具开发潜力与前景。干热岩地热资源潜力评估是干热岩开发的基础工作。本文基于大量热流数据,编制了新版中国大陆地区热流图。进而依据岩石热物性数据库,计算评价了中国大陆地区干热岩地热资源。评价方法主要采用体积法,文中详细介绍了评价方法中各参数选取的原则与数据来源。计算结果表明,中国大陆(3—10km深度)干热岩地热资源总量为20.9×10⁶EJ,合714.9×10¹²t标准煤。若按2%的可开采资源量计算,是传统水热型地热资源量的168倍,相当于中国2010年能源消耗总量的4400倍。但是,囿于干热岩开发的经济性和现有技术条件,近期应着眼于4—7km深度段干热岩地热资源的开发,热储目标温度是150—250℃,干热岩开发的有利靶区包括藏南地区、云南西部(腾冲)、东南沿海(浙闽粤)、华北(渤海湾盆地)、鄂尔多斯盆地东南缘的汾渭地堑、东北(松辽盆地)等地区。最后,指出了现阶段干热岩研究的主要任务。     

干热岩资源开发工程储层激发研究进展

 干热岩作为清洁可再生能源, 在中国分布广泛。初步估算, 10 km 可开发利用的干热岩资源占地热资源总量的90%, 经济地获取深部干热岩资源成为迫切任务。干热岩资源开发最关键的技术是储层建造, 为满足商业化开发的目的, 激发后储层必须达到一定体积的有效换热空间, 同时开采井应满足理想的开采流量及保证较长的开采年限。本文总结目前国际干热岩工程的储层激发情况及相关关键技术。     

干热岩水力压裂实验室模拟研究

 地壳中干热岩所蕴含的地热能量巨大,已成为世界各国重点研究开发的新能源。干热岩资源开发的增强型地热工程的场地试验研究投资大、周期长、风险大,在现场压裂和人工热储层建造示范工程前,实施干热岩水力压裂实验室研究很有必要。为此,吉林大学深部地热和干热岩研究团队建设了大尺寸高温高压下干热岩水力压裂实验室模拟系统,为现场压裂工艺设计和储层改造提供参数和技术支持。本文介绍模拟系统的实验设备、实验条件和初步的实验研究成果。     

五大连池尾山地区存在干热岩资源的可能性探讨

 干热岩被视为未来的清洁能源,是地热资源的重要组成部分,极具研究价值和开发前景。中国现阶段干热岩调查研究应遵循"面上开展,点上突破"的原则。基于"点上突破"原则,本文选取中国最新的火山群--五大连池火山群开展前期研究,通过搜集分析区域地质条件、岩石地球化学、深部CO₂气体,区域地球物理资料,探讨了五大连池尾山地区存在干热岩的可能性。研究结果表明,五大连池火山属于非深源火山,具备存在干热岩的可能,热源机制属于岩浆余热型,第四纪火山岩浆囊所处的深度上限值为3.3~3.4 km。区内深部CO₂气体来源于地幔岩浆冷却成岩过程中的脱排气作用,是幔源岩浆囊中岩浆结晶分异的结果。W8勘探孔及附近供水井发现高浓度CO₂的事实表明,在尾山与五大连池农场七分场之间的地下可能存在正在冷却成岩的岩浆囊。     

中国干热岩资源主要赋存类型与成因模式

 干热岩资源作为地热资源重要的组成部分,以其清洁、稳定、可再生的资源优势及巨大的高温发电潜力,越来越受到关注。中国自20 世纪90 年代开始对干热岩资源进行调查研究,并在不同地质背景条件预测或勘查到干热岩资源,然而至今仍未对干热岩资源的赋存形式进行分类及开展干热岩资源成因机制研究,阻碍了中国干热岩资源的调查与精细潜力评价。在阐述干热岩资源赋存的指标参数的基础上,通过对国内外已发现干热岩资源的成因模式分析,结合中国地壳结构背景,将中国干热岩资源的赋存类型分为高放射性产热型、沉积盆地型、近代火山型和强烈构造活动带型。并在此基础上研究了不同类型干热岩资源的成因机制,比较不同类型干热岩资源成因机制之间的差别,提出干热岩资源赋存的有利前景区。     

汝城干热岩地热资源研究

 汝城热水镇出露98℃天然热泉,该地区深部干热岩地热资源相当可观。通过大量钻孔地温测量和大地热流测试等勘探工作,评估了该地区干热岩地热资源的基本情况。勘探结果表明,研究区内平均地温增温梯度为18.7℃/100 m,最高值达35.2℃/100 m,主要高温钻孔的大地热流量介于60~170 MW/m²,地热资源较为可观。该地热田的热源来自深部岩浆余热,热储主要是F₁、F₃断裂带上盘及其他次级断层派生的密集裂隙系统。区内热水河以东花岗岩体为浅部水热热储盖层;热水河以西震旦系的板岩为深部热源盖层。模拟结果表明,研究区地热田热储层下底面温度为260℃,热储层上顶面温度为255℃,热储层以上厚度为3500~4000 m。汝城地区热储埋藏深度较浅,热储温度较高,是较好的干热岩开发靶区。     

云台山百家岩苑区地热资源赋存特征浅析

根据钻探资料和近年的勘察研究成果,对云台山百家岩苑区地热资源的形成背景、赋存规律和地热田的结构、类型、分布及形成特征进行了初步分析.该地热属中低温沉积盆地型地热资源,热源为大地热流,水源为大气降水.其形成受控于大地构造深部热传导,分布主要受薄壁断裂控制.该研究为进一步勘探、开发该区的地热资源提供参考依据.     

河北省清河县地热新生界地温梯度解析

通过对清河县县城及其周边深、浅水井和地热井水温数据的研究,对当地的常温层深度和温度进行了标定;在此基础上计算了新生界地温梯度,划定了地热异常区;并结合地质构造情况,分析了其地热异常与构造间的联系。对地热资源的管理和开发具有一定的指导意义。     

中国EGS示范工程靶区选址与指标矩阵评价

 选择理想靶区建立中国第一个EGS 示范工程,在中国节能减排及应对全球气候变化过程中具有重大的战略意义。根据全国大地热流图、居里面深度图、新构造运动图、酸性岩体分布图,通过剖面分析,将中国EGS 靶区分为板块构造活动、近代火山、沉积盆地和酸性岩体分布4 种类型,分析了各类型干热岩靶区的产热特征。遴选了10 个靶区通过建立指标体系进行EGS 示范工程选址指标分析,指标包括大地热流、热储岩性、覆盖层厚度、居里面深度、地应力(构造历史)、放射性生热率、地温梯度、区域经济8 个指标,在对指标分析打分的基础上最终确定羊八井、阳江、漳州、福州等为中国EGS 潜在靶区。通过典型地区的热结构剖面分析说明了评价结果的合理性。     

青藏高原南部地热型锂资源

 高温地热水中含有丰富的锂资源,世界各国对其中锂资源的开发利用的研究越来越多。对青藏高原丰富的地热资源中富锂地热资源进行了综述,得出其具有以下特点：（1）构造控制强烈,地热型锂资源主要分布在雅江缝合带两侧及其南部地区强烈活动的高温地热田中,受到沿近NS向正断层发育的裂谷或地堑盆地的强烈控制;（2）品质好,锂含量可高达239 mg/L;Mg/Li非常低,多数富锂地热系统Mg/Li介于0.03~1.48;Li/TDS相对较高且介于0.25%~1.14%（扎布耶富锂盐湖为0.19%;玻利维亚乌尤尼盐湖为0.08%~0.31%）;持续稳定排放数十年,部分达到工业品位（32.74 mg/L）;伴生可以综合利用的B、Cs和Rb元素等;（3）规模大：据不完全统计,当前锂含量达到或超过19 mg/L的富锂温泉至少有19处,年排出金属锂约4281 t,折合碳酸锂25686 t,并且最新钻孔数据表明地热田深部潜力巨大;（4）属于非火山型,火山岩缺失;（5）深部来源成因,富锂地热系统的形成与印度和欧亚大陆碰撞引起的地壳深部部分熔融密切相关,深部熔融岩浆为富锂地热系统提供了稳定的热源,富锂的母地热流体沿着青藏高原南部广泛发育的断裂带上涌至地表形成高温富锂热泉。由此,认为青藏高原南部广泛发育的高温富锂地热资源是一种非常有价值、值得开发利用的地热型锂资源,随着地热水中锂提取技术的不断提升,青藏高原南部地热型锂资源有望成为一种可有效开发利用的锂矿床新类型--地热型锂矿床。