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。     

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。     

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     

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。     

干热岩资源开发及深部热提取技术

 干热岩资源是以热能的方式赋存在深部热岩体中能量,其热量本质来源于地球物质中放射性元素衰变。根据大地热流在上地壳热流由两部分组成,一部分为以热传递方式由地幔向地表传导的热量;一部分为地壳表层(10 km)岩体中U、Th、K 放射性衰变产生的热量。干热岩资源潜力巨大,然而,目前为止,受钻探技术、物探手段、热能转换技术等条件的制约,可供开发的干热岩示范基地相当局限。     

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。     

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。     

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。     

粒子冲击钻井技术述评

为了解决提高硬地层钻井速度的钻井难题,以粒子冲击钻井系统的整个工艺流程为依据,论述了粒子冲击钻井技术的优点和缺点,阐述了其破岩机理。该方法改变了传统钻头切削地层的方式,提高了钻越硬地层的速度,但是地面设备和井下钻头还存在一些需要完善的地方。它代表着高效钻越硬地层的一个发展方向。我国东部地区和西部地区存在着广泛的基岩为火成岩的沉积盆地,粒子冲击钻井技术有可能成为一种高效经济的深井硬地层钻井的新方法。该技术经历了室内实验阶段和现场试验阶段,目前正在迈入商业应用阶段。     

4.6 GHz高功率微波岩石钻探技术

利用高功率微波加热熔化岩石介质实现地下破岩是全新的钻探技术,其具有快速钻探的潜在优势。为进行4.6 GHz高功率微波加热穿透岩石技术研究,分析了微波加热岩石的基本原理和影响介质温升速率的因素,采用多物理场耦合法模拟10 kW功率下的电场分布和介质的温度变化规律,最后在4.6 GHz/250 kW实验平台上开展了相关钻岩实验。结果表明:高功率微波能量对硬岩石有很好的烧蚀效果;烧蚀的孔径大小与入射功率及辐射时间成正比。实验现象与仿真结果相吻合,为后续的微波钻探技术应用于实际钻井工程提供理论和实验指导。     

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。     

水合物地层低温钻井液对井底岩石表层强度影响

由于天然气水合物仅在高压低温条件下稳定存在,为了保持水合物稳定,在钻井过程中宜采用低温钻井液,而在低温条件下钻井液能否对井底岩石表层起到软化作用,对于提高机械钻速具有重要意义。在分析钻井液对井底岩石表层软化作用机制的基础上,较系统地建立低温钻井液软化井底岩石表层定量评价方法,以清水为对比浆液,通过试验将6种水合物地层模拟钻井液(分别含有质量分数为0.1%的表面活性剂和有机盐处理剂)在低温条件下对薄片砂岩试样的软化效果进行对比。结果表明:相比于两种有机盐处理剂,含表面活性剂的4种模拟钻井液在低温条件下对岩样软化效果更好,有利于提高岩石破碎效率和机械钻速;4种含表面活性剂钻井液中,含十二烷基硫酸钠(SDS)钻井液对岩样的软化效果最好。     

热力射流温度场及温度应力数值模拟研究

热力射流破岩技术是指利用高温介质诸如超临界水对岩石进行快速局部加热达到破碎岩石的目的。由于岩石基质热导率很低，因此会在岩石表面形成温度应力。当温度应力超过岩石的强度，会在岩石内部形成微裂缝，且裂缝不断扩展最终使得岩石表面发生热裂解，热裂解作用导致岩石表面从本体脱落从而使得岩石破碎。基于热-固耦合理论建立了热裂解钻井模型，利用Crank-Nicolson差分方法求解得到了热裂解过程中井底岩石温度场和温度应力的分布规律。结果表明，在热裂解钻井过程中，岩石受热部分温度迅速升高，在径向和轴向方向上产生温度梯度；受热部分体积膨胀在径向方向上受到压应力作用，在轴向方向上发生屈曲，受到剪应力作用。研究成果对热裂解钻井的现场应用具有十分重要的指导意义。     

岩石钻掘过程中的钻头温度分析

为深入研究钻头钻掘岩石过程中的温度变化规律,通过对钻头钻掘岩石的传热过程分析,建立描述钻头在钻掘岩石过程中温度变化的微分方程组,归纳影响钻头温度变化的各种影响因素。在对钻头钻掘岩石过程进行热功转换分析的基础上,给出钻头温度的解析计算方法,并结合钻头切削面温度解析计算式,给出钻头温度的解析方程。研究结果表明:钻头在钻掘岩石过程中的温度受几何条件、热物性质、钻掘参数等因素影响;在其他条件一定的情况下,钻头平均温度升高与钻头推进速度v的平方根成正比。