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。     

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。     

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。     

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。     

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.     

多孔介质汽-水相对渗透率研究进展

 汽-水相对渗透率常用于解决高温地热(高温水热型地热、干热岩)储层系统中汽-水两相流渗流问题,是地热开发资源量计算、动态分析、地热储层数值模拟等方面不可或缺的参数。在阐述地热系统汽-水相对渗透率产生机制及其重要性的基础上,总结了该研究领域的最新研究进展,并从实验测定、数值模拟等方面提出了进一步开展研究的相关建议。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

基于双边滤波的HDR图像色调映射算法

高动态范围(HDR)图像是一种表达了超过一般显示器所能表示的真实场景中亮度大范围变化的图像类型,能够很好地区分场景的明暗区域,呈现更多的细节信息.为了能够在低动态范围显示器上显示HDR图像,需要进行动态范围压缩.采用一种基于双边滤波的HDR图像动态范围压缩算法,首先计算每个像素点亮度值,然后对其进行双边滤波处理,最后进行对比度的压缩并生成最终的图像.实验结果表明,该算法合成的HDR图像整体明暗效果较好,细节信息丰富.     

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。     

基于颜色视觉过程的高动态范围图像映射方法

为解决低动态范围显示设备显示高动态范围图像所产生的问题,提出一种基于颜色视觉过程的高动态范围图像映射方法.此方法通过模拟人眼颜色视觉处理信息的过程压缩图像的动态范围,解决动态范围压缩导致细节丢失等问题.模拟光感应细胞的响应机制,在各适应性亮度下,进行色度适应性调整,并获得其适应性亮度下的相对响应值;利用主成分分析(PCA)方法转换到正交对立颜色空间,模拟颜色视觉中的边缘相阻机制,进一步处理后得到适合低动态范围显示设备的图像.在实验中,通过主观和客观评价,并与国际上一些映射方法比较发现,该方法适用于各种大小动态范围的高动态范围图像,丢失的可见纹理信息较少.