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  • 干热岩地热能开发与利用

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      地热资源是一种可再生的清洁能源,储量大、分布广,具有清洁环保、用途广泛、稳定性好、可循环利用等特点,与风能、太阳能等相比,不受季节、气候、昼夜变化等外界因素干扰,是一种现实并具有竞争力的新能源。

      经过多年的地热•□▼◁▼资源开发,我国地热直接利用连续多年位于世界首位,如图所示中国地热直接利用是第二名美国的2倍多。如果加上地热发电折算成年产出热能,2014年中国地热总体利用为48570 GWh,仍远大于美国的36328 GWh。

      中国地热直接利◁☆●•○△用结构发生了可喜的变化。2014年底,地热供暖比例首次超过温泉洗浴。主要比例是:地源热泵58%,地热供暖19%,温泉洗浴18%。地热开发的能源性、技术性得以突出。

      2017年2月,国家发◆■改委、国家能源局及国土资源部联合发布《地热能开发利用“十三五”规划》,这是国家地热产业规划,是地热产业发展的里程碑,必将对我国地热产业快速、健康发展起到极大的推动作用。

      地热供暖/制冷面积:新增11亿平方米,浅层地热能7亿平方米,中深◆◁•层地热4亿平方米。至2020年,地热供暖(制冷)面积累计达到16亿平方米。

      地热发电装机容量:累积新增50万千瓦,至2020年,累计实现地热发电装机容量53万千瓦。

      地热能利用总量:到2020年,地热能利用总量7000万吨标煤,地热供暖年利用量4000万吨标煤。

      干热岩是一种没有水或蒸汽(或是含少量水而不能流动),普遍埋藏于距地表3~10km的地层深处,温度介于180~650℃的高温岩体,蕴藏在其中的热能,就是干热岩地热能。

      强烈构造活动带型:环太平洋地震带(美国西海岸),喜玛拉雅-印度洋板块(中国)

      强烈构造活动带型:青藏高原。欧亚◆▼和印度洋板块挤压,有侵入体和熔融体等高温岩浆热源。

      沉积盆地型:松辽盆地、汾渭地堑等中新生代断陷盆地的下部,沉积覆盖层具有较高的地温梯度,与水热型地热系统共生。

      我国:中国地调局数据显示中国大陆3~10km干热岩资源总量数据显示其总量为,为2.5×1025J(合856万亿吨标煤)。总量是我国油气、煤炭总资源量的30倍。

      美国:美国本土3~10km干热岩资源总量为1.67×1025J(不含黄石公园▲●…△),合572万亿吨标煤。

      干热岩开发技术属于世界性难题,国际上通用的干热岩开发技术是增强型地热系统(EGS技术),该技术是为了开发具有经济价值的地热资源而创建的人工地热系统,作为干热岩地热资源开发的技术。

      干热岩无水或少水,裂缝欠发育,需要人工创建热储进行开发,增强型地热系统(EGS)是开发干热岩资源的具体工程系统。

      难题:热源埋藏深,地温场非均质性强,成因机理主控因素复杂,资源可动用性不清等

      目的:基于现场试验和研究,通过地质、地球物理、地球化学、遥感等手段优选经济技术指▪…□▷▷•标优越的目标区块。

      指标:优选指标包括温度、裂隙情况、大地热流、居里面埋深、酸性岩体分布和控热构造特征等。

      难题:孔缝结构特征复杂,温度场、应力场、渗流场、化学场四场耦合难度大,开发关键指标众多等。

      目的:根据已有的测试参数,地质和工程资料,利用数值模拟、物理模◆●△▼●拟、岩心分析等手段,掌握热储地质工程特征,进行热储精细描述,设计热储换热参数、井组、井网、井距、采灌制度等运行参数。

      技术:压△▪▲□△前压后人工裂缝地质建模技术,渗流传热模拟技术,热储四场耦合模型建立与数值求解技术,热储运行效率和使用寿命分析技术。

      难●题:超高温、地层高硬、研磨性强、裂隙发育、构造复杂、热破裂现象频发、工程地质条件复杂等;

      目的:根据工程需求进行直井、定向井、水平井,复杂结构井等深钻施工,形成可靠的循环采热的通道

      技术:主要的技术包括:高温硬地层破岩钻头和工具,耐高温井下测量仪器,耐高温井筒流体和工作液材料,高温井下安全控制技术与地面冷却设备,耐高温保温井筒密封材料和工艺。

      难题:高温度、高硬度,高应力,高密度,未知性强,预测难度大,热储工程地质条件复杂等。

      目的:利用水力压裂,酸化等手段,在致密(裂缝欠发育地层)高温地层,建立大面积高导流裂缝发育空间热储。

      技术:地质力学参数求取技术,岩体破裂与裂隙展布评估与控制技术,耐高温自支撑高导流压裂液,裂缝监测与压裂效果评价技术。

      难题:热力短路,热储四场动态变化监测和系统运行关键参数准确调整困难,水岩作用强烈,地面线路易结垢。

      目的:维持系统运行寿命超过20年,保证出口流体的温度和流量在运行过程中始终满足发电要求,保障地下换热效率和地面发电系统管路通畅。

      技术:系统运行监测技术(示踪技术),热储动态模拟和运行参数动态优化技术,发电工艺优选技术,管路除垢阻垢技术。

      美、法、德、英、日、澳等国家起•●步较◇=△▲★-●▲早,已经建立了25个试验性质的EGS工程(欧洲15项,美国6项,澳大利亚2项,日本2项),累积发电能力约12MW。

      造储:水或盐水,不用支撑剂。注入量视规模而定;排量分为低排量长期注入(3~6m3 /min),或者低排量和大排量交替注入。

      总之,尽管国际上对干热岩研究起步较早,但由于资金、技术等限制,目前仅有几个小规模、试验性质的干热岩(EGS)发电示范工程,还没有一个完全规模化、商业化正式运行的干热岩(EGS)项目。

      中国近年来也在加大干热岩开发的研究投入,2010年国土资源部启动了公益性科研项目“我国干热岩勘查关键技术研究”,主要开展干热岩高温钻探技术方面的研究。2012年,吉林大学、清华大学、中国科学院广州能源研究所承担了国家高新技术研究发展计划(863计划)项目“干热岩热能开发与综合利用关键技术研究”,开启了我国专门针对干热岩工程的研究。但是,总体上我国的干热岩开发,还处○▲-•■□于初级阶段,相比国外存在很大差距。

      2016年8月份印发《▽•●◆“十三五”国家科技创新规划》中,比较系统地在深海、深蓝、深空、深地(含干热岩)等能◇…=▲够拓展国家战略利益、保证国家战略优势的领域做出了部署。深地研究必将对干热岩的勘探开发带来重要的推动作用。

      中国石化正在积极推动我国干热岩的勘探开发工作,中石化科技部在2015年6月设立了“干热岩地热资源潜力评价与钻探靶区优选方法前瞻研究”项目,由中石化新星石油公司承担,2016年12月验收。在此基础上,今年5月又设立了“干热岩勘探开发关键工程技术研究”项目,由中石化工程院、勘探院、新星石油公司联▪•★合承担。

      下一步,中石化与国内知名干热岩研究团队,共同申请国家支持计划中的干热岩项目,从而加速推进我国的干热岩开发工作。

      我们预测,到2030年左右,随着干热岩开发取得长足进步,干热岩发电将会成为我国可再★-●=•▽生能源发电的重要一员。

      青海省自2017年6月17日至23日,连续7天合计168小时内,全部以太阳能、风能及水力发电供应全省用电。此举在全国尚□◁属首次,具有重要的里程碑意义。

      2.0-1000米浅层地温能监测(采集器采用低功耗、携带方便;物联网GPRS无线传输至WEB端网络;单总线结构,可扩展128个点;进口18B20高精度传感器,在10-40度范围内,精度在0.1-0.★▽…◇2度)

      3.0-3000米单点温度检测(普通显示,只能显示温度,没有存储分析软件功能)

      5.0-1200米GPRS型液位/温度一体式自动监测系统(同时监测温度和液位两个参数,MAX耐温125摄氏度)

      6.0-7000米全景型耐高温测温成像一体井下电视(同时监测温度和视频图片等)

      关键词:地热井分布式光纤测温监测系统/分布式光纤测温系统/深井测温仪/深水测温仪/地温监测系统/深井地温监测系统/地热井井壁分布式光纤测温方案/光纤测温系统/深孔分布式光纤温度监测系统/干热岩/干热岩发电/干热岩地温监测/地热井测温系统/地热井测温仪/地温监测系统/地热监测系统

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