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【题  名】 各国干热岩压裂开发技术现状及前景

【出  处】 能源情报

【日  期】 2017.11.07

【作  者】 /

【关键词】 新闻资讯 科研信息 干热岩 热能开发 热交换系统

【正  文】

 
     1国内外干热岩赋存现状及利用前景
  具体来说,干热岩是一种没有水或蒸汽的热岩体,主要是各种变质岩或结晶岩类岩体,埋藏于地下2000~6000m深处,温度为150~650℃。干热岩的应用过程是先形成注采井网,一般先将注入井进行压裂改造,形成裂缝系统。将高压水从加压井向下泵入,水流过热岩中的人工裂隙而过热(水、汽温度可达到150~200℃),并从生产井泵上来,在地面用于发电,发电后尾水再次通过高压泵注入地下热交换系统,进行循环利用。该系统通常称为增强型地热系统(enhancedgeothermalsystem,简称EGS)。
  干热岩发电的整个过程都是在一个封闭的系统内进行,既没有硫化物等有毒、有害物质,也无任何环境污染物质,其采热的关键技术是在不渗透的干热岩体内形成热交换系统。干热岩蕴藏的热能十分丰富,比蒸汽型、热水型和地压型地热资源大得多,比煤炭、石油、天然气蕴藏的总能量还要大。
  有关研究表明,世界各大陆地下都有干热岩资源。地下热岩的能量能被自然泉水带出的几率仅有1%,而99%的热岩是干热岩,没有与水共存,因此干热岩发电的潜力很大。2005年美国能源部地热技术项目办公室发起了对“增强地热系统”地热能的评估,由麻省理工学院提交的《地热能的未来》认为,“在50年内,增强地热系统能提供1亿kW或更多的成本上有竞争力的发电容量”。
  我国火山活动、地震活动频繁,美国提出的增强地热系统的设想可供我们借鉴。事实上,我国高温岩体干热岩地热资源储量丰富,地壳深层岩体温度高。东部地区地壳薄,有利于开发传导型地热,东部沿海地区如广东、福建等省区位于太平洋板块边缘,是地热利用的有利地区。除了广东沿海地区,我国西藏南、滇西、川西属喜马拉雅地热带,有资料介绍钻井2000m即可获得200℃的高温热水,是地热有利地区。松辽盆地与渤海湾盆地也是地热资源的有利地区,另外河南、青海、陕西等地一些大型盆地都具有丰富的地热资源。
  根据中国地质调查局的数据,中国大陆3000~10000m深处干热岩资源总计相当于860万亿t标准煤,是中国目前年度能源消耗总量的26万倍。按照广东省面积所占中国大陆比例,可粗略估算出广东省拥有干热岩资源约16万亿t标准煤,约是2015年广东省能源消费总量的53075倍。广东南部沿海地热活动明显,岩体时代较新,出露面积巨大,有利于形成干热岩系统。
  从全国来说,油气资源都属于一次性资源,油气枯竭后,人们必须寻找新型能源以满足经济的高速发展;而且油气资源利用还存在环境污染问题,寻找并利用清洁的非常规能源是当务之急。
  2国内外干热岩热能开发现状
  经过多年研究与探索,美国、法国、德国、日本和英国等科技发达国家已经在干热岩发电的基本原理和基本技术方面取得了相当大的进展。美国人莫顿和史密斯于1970年提出利用地下干热岩体发电的设想。据KeithEvans于2010年的资料,美国在FentonHill(1972~1996年),浅部储层(2.8km)及深部储层(4.2km),水损失分别为10%、16%。
  英国在Rosemanowes地区(1978~1991年),储层深度2.2km,采用3井系统循环测试200天,温度70℃,水损失21%。
  日本在Hijiori地区(1985~2002年)的浅层储层(1.8km)循环3个月,温度165℃,水损失23%;在深部储层(2.2km)运行了10个月,温度180℃,水损失64%。
  法国的Soultz项目(自1987年至今),于浅部储层(2.9~3.5km)运行4个月,温度135℃,水损失为0。发达国家的干热岩研究及开发已经有40多年的历史,而我国在干热岩开发利用方面尚处于探索阶段。
  2010年,国土资源部启动了干热岩高温钻探技术方面的研究,包括钻探工艺、器具及设备配套研究和孔底连通技术预研究;2012年,吉林大学、清华大学、中科院广州能源研究所先进能源系统实验室承担了国家高技术研究发展计划(863计划)项目,开启了国内专门针对干热岩工程的研究;2013年,国土资源部在青海共和盆地中北部钻成了井深2230m、井底温度达153℃的干热岩井,对干热岩地热开发进行了探索试验,未压裂;国内第一口干热岩综合科研钻井已于2015年5月正式开钻。
  3干热岩热能开发的井网选择技术
  干热岩采热的关键技术是在不渗透的干热岩体内形成热交换系统,也就是说,要形成注入井与采热井之间的连通。根据已经公开的资料,干热岩的井网结构都比较简单。
  3.1一注一采系统
  3.1.1美国芬顿山
  美国芬顿山井底温度200℃,井深约2000m。最初设计对井GT-2和EE-1,而后因对井水力联系较差,GT-2井加深钻至2500m成为GT-2A井,经反复压裂,仍未能与EE-1井形成对井系统。重新钻新井GT-2B井(第三口井),钻入EE-1和GT-2A压裂形成的裂隙系统中,最终GT-2B与EE-1井形成较好的对井系统,回灌循环产生热流功率为3~5MWt,试验性地驱动了一个60kW发电机。

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