增强型地热系统(干热岩)开发技术进展

 增强型地热系统(EGS),又称干热岩,是一种从低渗透率和低孔隙度的岩层(干热岩)中提取热量从而获取大量热能的一种工程。有关增强型地热系统的研究与开发已有30余年的历史,但以往只局限于美国、英国、法国、德国、瑞士、日本、澳大利亚等国家。中国高温岩体地热开发研究起步较晚,仅少数科研单位在这方面做了理论探讨和国际合作。本文主要讨论了增强型地热系统的基本理念、国内外研究现状与发展趋势、关键技术、存在的问题以及展望。     

增强型地热系统热流固耦合模型及数值模拟

增强型地热系统(EGS)利用水力压裂地下高温岩体形成人工热储,通过载热流体循环提取干热岩(HDR)所存储的地热能,其开采过程包含渗流、热能交换及岩体介质变形,为典型的热流固(THM)耦合问题。将裂隙岩体视作基于离散裂隙网络和基质岩体的双重介质,给出THM耦合的数学模型,基于商业有限元软件COMSOL Mutilphysics进行二次开发,实现裂隙岩体温度场、渗流场和应力场的全耦合求解。利用一个已知解析解的算例验证耦合模型和全耦合求解方法的正确性。最后利用随机生成的二维裂隙网络模型模拟EGS的运行过程,分析干热岩储层内渗流、温度、应力及变形的分布规律。计算结果表明,储层内的贯通裂隙构成主要导水区,水的对流传热作用明显;高压水注入和温度变化导致岩体裂隙发生位移,改变储层的传输特性,进而影响地热能的提取;考虑THM耦合作用对于研究增强型地热系统的的利用效率和运行规律非常有必要。     

干热岩研究现状与展望

 干热岩蕴藏着巨大的热能,是世界发达国家积极开发的重要资源之一。在干热岩技术基础上提出的增强型地热系统,已经历40 余年的研究,在理论研究和工程实践中取得了重要成果,积累了丰富经验。本文总结世界干热岩的研究发展历程、示范工程中失败和成功的经验,论述开发过程中关键科学技术的重要成就和不足之处,阐明今后的技术发展方向,对包括干热岩在内的高温地热资源开发利用提出了展望。     

岩石导热各向异性对干热岩热量富集的影响

干热岩的勘探开发近年来已成为学术界的研究热点,但相关研究大多是从开发角度进行研究,而对干热岩中热量富集传递的研究甚少.为了解干热岩岩体中热量富集与传导机理,通过对前人研究成果的整理与总结,结合构造地质学、传热学、地热学、矿物岩石学等理论方法,进行岩石三轴热导率的实验.结果表明,岩石的三轴热导率存在差异,使得地下热流在岩...     

打开地下热宝库,谱写能源新篇章——中国第一口干热岩科学钻探孔正式开钻

 干热岩通常指埋藏于地表3 km 以下、温度高于150℃、没有水或蒸汽的热岩体。与传统可再生能源相比, 干热岩作为清洁的可再生能源, 具有资源量巨大、地理分布广、零污染排放、安全性好、热能连续性好、利用效率高等优势。     

干热岩辅助采油可行性研究

为降低稠油热采成本,以燃烧原油生产蒸汽进行热力开采的开发方式需要改变,同时需要减少注入水对油层造成的冷伤害,因此开展了干热岩辅助采油可行性研究。干热岩辅助采油技术是利用干热岩抽取地下热能加热油层,以降低原油粘度、提高原油流动能力。在技术配套方面,无论钻深井,还是稠油热采技术,都是成熟的。干热岩的热能源于核幔边界的地热,分布广泛、清洁、可再生。研究表明,干热岩辅助采油技术针对性较强,是对现有蒸汽吞吐+蒸汽驱热采技术的有效继承,技术上具有可行性,并有可能推动相关技术的发展,符合中国节能减排的基本国策。建议在有利区块率先开展先导试验。     

封面图片说明

 地热是来自地球内部的本土能源，在地球46亿年的演变过程中，地球内部放射性物质持续衰变产生的热量每时每刻都以大地热流的形式散发到大气中，同时在地球的某此构造活动区，能量以火山、温泉、地震等形式表现出来。     

能源新秀——干热岩

<正>好消息!又一种新能源有望走进大家的生活。经过两年钻探验证,我国不久前在青海省勘查到埋藏浅、温度高的干热岩,这是我国首次发现的可大规模利用的干热岩资源。随着相关技术的迅速发展,利用干热岩所发的电能有可能成为我国国家电网中的重要部分。干热岩是什么?它通常埋藏在地表3000     

山东省陈庄潜凸起区地温场特征与泰山岩群放射性元素生热率探讨

 自然界的岩石中存在着放射性元素,这些元素在衰变过程中会释放出热能,放射性生热是岩石圈内热的主要来源之一。山东省陈庄潜凸起区作为一个干热岩勘探研究区域,在干热岩调查研究方面取得了一些基础性资料。本文对该区大地热流及地温场进行分析的基础上,利用Rybach 生热率公式计算了钻孔岩石的放射性生热率,从GRY1 孔的生热率与深度的关系来看,1650 m 以上,生热率整体数值较大,且变幅较大,在埋深1430~1645 m 生热率达到4.72~6.78 μW/m³,该区间主要由含黑云母二长花岗岩及绿泥石化二长花岗岩组成。1645~2500 m 区间主要由花岗岩及含黑云母闪长岩、辉长岩组成,生热率有所降低。整体来说,花岗岩中生热率变化较小,一般在2.0~2.5 μW/m³;而含黑云母二长花岗岩及弱绿泥石化二长花岗岩生热率较高,且变化较大。     

江西省干热岩资源有利区优选研究

干热岩分布普遍,储量丰富,作为一种可再生的新型能源,对"缺煤少气无油"的江西省意义重大。通过对江西省岩浆岩分布情况、地热地质、生热率、热导率、重力场、构造及其活动性等特征并结合地质情况综合分析,发现江西省东部地区大地热流值较高,花岗岩类岩体发育,多呈大型岩基产出,存在放射性热保存较好的高产热隐伏岩体。根据布格重力异常等值线图中"重力低异常等值线圈闭良好,形态完整,异常幅值大,梯度陡"的原则,结合地质情况圈定隐伏、半隐伏岩体。综合考虑圈定的隐伏岩体规模、周边地热出露情况及所处构造环境,优选干热岩有利区11个。     

山东省陈庄潜凸起区地温场特征与泰山岩群放射性元素生热率

自然界的岩石中存在着放射性元素,这些元素在衰变过程中会释放出热能,放射性生热是岩石圈内热的主要来源之一。山东省陈庄潜凸起区作为一个干热岩勘探研究区域,在干热岩调查研究方面取得了一些基础性资料。本文对该区大地热流及地温场进行分析的基础上,利用Rybach生热率公式计算了钻孔岩石的放射性生热率,从GRY1孔的生热率与深度的关系来看,1650 m以上,生热率整体数值较大,且变幅较大,在埋深1430~1645 m生热率达到4.72~6.78μW/m3,该区间主要由含黑云母二长花岗岩及绿泥石化二长花岗岩组成。1645~2500 m区间主要由花岗岩及含黑云母闪长岩、辉长岩组成,生热率有所降低。整体来说,花岗岩中生热率变化较小,一般在2.0~2.5μW/m3;而含黑云母二长花岗岩及弱绿泥石化二长花岗岩生热率较高,且变化较大。     

共和盆地干热岩特征及利用前景

 2011 年以来,国家及青海省政府在青海省海南藏族自治州共和县恰卜恰镇地区相继开展了一批地热资源勘察工作,发现共和盆地基底由印支期花岗岩组成,岩体地温梯度异常明显,最高可达11.5℃/100 m,2200 m 左右温度达到150℃,3000 m 岩体温度接近200℃,预计4000 m 时温度可达260℃以上,表明盆地具有分布广泛、埋深相对浅的干热岩资源。利用此干热岩资源,不仅填补中国新能源利用的一项空白,而且对当地人居条件改善、工农业发展具有现实意义。     

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.     

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。     

福建陆缘壳、幔异常结构与深部热储潜能分析

中国东南陆缘福建省境内地热资源丰富,近地表主要属于中、低温和中温水热存储。这种清洁的绿色资源如何有序规划与高效利用是福建地域可持续发展并在一定程度上替代部分化石能源所必须面对的重要课题。通过地球物理场和壳幔介质物理属性与结构环境分析和研究提出:(1)福建省大量的浅层水热资源在发展地方经济和民用中可形成一个中、低温及中温长期利用的网络平台;(2)探查福建陆缘地域地下是否存在热岩体乃能否有效替代部分化石能源的核心;(3)福建热田区地球物理边界场响应和壳幔介质属性与空间结构是探索与厘定地下热能能否稳定、安全、可靠和长期供给的基石;(4)漳州盆地深部可能存在干热岩的背景和边界条件。     

综合物探方法在伏牛山北麓干热岩勘查中的应用

河南省伏牛山北麓一带岩浆岩分布广泛,断裂纵横交错,具备高热流花岗岩型干热岩的形成条件.为评价该区干热岩资源潜力,利用重力、磁法、大地电磁测深等综合物探方法进行了探测,结合地质、地热等资料对区内中生代隐伏花岗岩及断裂构造进行了较为详细的研究.结果 表明,该区中生代隐伏花岗岩分布范围较广、盖层厚度较大;区内有3条区域性深大...     

干热岩发电发展现状与挑战

我国干热岩资源丰富,发电潜力巨大,理应在以新能源为主体的新型电力系统中占据一席之地。然而,目前国内干热岩开发利用程度较低,尚无干热岩发电项目成功运行并网。为此,该文回顾了国内外干热岩发电技术的发展现状及存在问题,进而探讨了未来干热岩发电应重点突破高温钻井、大型储层构造及高效换热等技术难题,最后提出我国应通过加大政策扶持与研发投入、加强国际交流合作等途径来促进干热岩发电在我国碳中和进程发挥重要作用。     

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。     

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。