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。     

福建漳州干热岩资源选址与开发前景分析

 由于干热岩具有传统化石能源不可比拟的优势,越来越多的国家将干热岩的勘探开发列入了国家能源发展计划。中国干热岩相关研究尚处于起步阶段。在分析研究目前各国干热岩开发利用工程的基础上,阐述了干热岩开发的地热地质学指标,针对福建漳州的干热岩科学钻探,从区内酸性岩体分布、盖层情况、深部热异常及区域稳定性等方面分析了福建漳州干热岩钻探选址的原则与指标,建立了钻孔位置地区的概念模型,并对福建漳州干热岩资源的开发前景做出分析。     

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.     

干热岩钻完井的挑战及技术展望

 干热岩是一种清洁、环保、可循环利用的再生能源,开发潜力巨大,是最具环保性能的未来清洁能源。概述了美国、英国、日本、法国、澳大利亚和中国干热岩工程项目,依据干热岩岩体硬度高、可钻性差、地层温度高等特点,指出了干热岩钻完井工程存在的技术难题,主要包括钻井效率低、地层温度高、井壁稳定性差、井漏现象严重等问题;针对钻完井存在的技术难题,分析了干热岩高效破岩工具、钻井液技术、高温固井技术、控压钻井技术、膨胀套管技术、定向井技术和液氮钻井等关键技术在干热岩中应用的未来趋势。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

共和盆地增强型地热系统开采过程数值模拟

 干热岩资源是未来重要的清洁型能源,增强型地热系统(EGS)能够实现干热岩资源的开发利用。青海共和盆地干热岩资源储量巨大,可以作为EGS 系统的靶区之一。水在热储层中的运移包含复杂的水-热耦合过程,不同的EGS 运行方案对电厂发电能力有重要影响。本文基于共和盆地深部地质条件,建立了表征EGS 系统水热特征的数值模型,研究了温度场、压力场的时空分布特征,并分析注入流体温度和循环流速两个可控因素对提热过程的影响。结果表明:在设计的运行方案(循环流速20 kg/s;注入温度60℃)下,最大提热速率可达11 MW,储层寿命为22 年。注入温度每降低10℃,系统最大提热速率约增加10%,且对储层寿命没有明显影响;增加循环流速可以得到更大的热提取速率,但会减少储层寿命。     

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。     

世界地热能发电新进展

 简要回顾了国际地热发电的历史,介绍了过去5年全球地热能开发的理论、技术和设备等方面的巨大变化。2005年开始的高油价以及减少温室气体排放的全球性需求使各国开始把注意力聚焦在可再生能源方面。地热能的开发在全世界范围内发展迅速,既有像新西兰、印度尼西亚和美国这样长久以来热衷于开发地热能的国家,也有像澳大利亚和德国这样过去对地热能不太感兴趣的国家。分析表明,一些新的地热开发项目依旧遵循传统思路在火山活动区域使用常规水热资源,而另一些则选择在非火山活动区采用增强地热系统(EGS)技术开发干热岩地热能。目前,部分国家已经建立一些EGS项目,比如美国,有6个建设中的EGS项目,试图在不同的技术层面进行探索和研究。现代地热开采和发电技术使得人们可以在缺少冷却水以及交通不便的情况下对温度较低的常规地热资源进行开发。根据目前情况来看,预计未来地热工业的发展在发现新的地热田以及提高现有地热田开发程度方面将面临较大的技术挑战,主要可能有以下两个关键问题：(1) 在开发过程中的“生产盲区”问题,这主要针对那些温度不高也不低的地热田,温度不太高但又高到无法下泵,温度不太低但又不能采用闪蒸方法发电;(2) 可靠的EGS开发方案和技术研发,要求可以确保有可持续、足够高的产能(温度与流量),并能向公众,特别是项目附近的居民保证不会诱发地震灾害。     

EGS载热流体水岩作用对人工地热储层裂隙物性特征的影响

 增强型地热系统（EGS）是一种从低渗透率低孔隙度岩层中提取热量的工程。载热流体注入深部地热储层后在储层裂隙发生水岩作用,引起地热储层矿物的溶解和沉淀,改变储层裂隙通道的物性特征,对EGS 的长期运行产生重要影响。以苏尔茨地区的一种典型花岗岩为人工地热储层,建立了一维多重相互作用连续统一体地质模型,将相同温度的CO₂和水以相同压力注入人工地热储层裂隙通道中,探讨两种载热流体的水岩作用对储层裂隙物性特征的影响。结果表明,在同样的储层状态、相同的运行模式下,CO₂-EGS 水岩作用对裂隙通道物性特征的影响明显小于H₂O-EGS。     

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。     

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。     

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。     

Status in quo and future of geothermal energy in China

Energy saving and CO2 emissions reduction are critical tasks currently,and great effort has been made by Chinese government. Renewable energy consumption and CO2 emissions and reduction plan in China are introduced in this paper. Analysis is also made on present status and prospect of geothermal power generation and direct use in China respectively. Now,there is a new understanding of geothermal resources,and hot dry rock,considered as the future of geothermal resources,is likely used to generate electricity.     

2018年地热勘探开发热点回眸

 2018年地热领域研究热点纷呈：世界各国在地热发电领域发展迅猛，中国面临着很大的机遇和挑战，地热勘查逐步走向精细化，地热开发逐步走向集约化，地热利用逐步走向综合化。地热成为地质界真正的热点，封闭式井下换热技术、采灌均衡地热评价技术、地热-太阳能等混合能源开发利用等方面相关技术和规范不断完善，在理论方面，地热开发过程与微地震的发生之间的机制认识更进一步，干热岩开发理论更加深入，此外，围绕地热流体的生态环境、微生物以及油田地热开发方面也呈现出创新性的见解。