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。     

共和盆地页岩油气地球化学特征

在共和盆地万秀寺剖面下白垩统50.40 m厚的钙质泥岩和233.03 m厚的粉砂岩中,发现了良好的油气显示,从中采集46块含油钙质泥岩和粉砂岩样品,进行热解、沥青"A"族组成、饱和烃气相色谱、饱和烃色谱-质谱和同位素分析,并进行油源对比研究。结果表明:共和盆地下白垩统钙质泥岩中的油气是生成的油气没有排出并以吸附或游离状态的形式滞留其中所致;粉砂岩中的油气与下白垩统黑色泥岩和钙质泥岩具有亲缘关系,是烃源岩所生成油气就近运移并聚集的结果;无论是钙质泥岩中的烃类还是粉砂岩中的油气均具有成熟原油的特征;共和盆地下白垩统粉砂岩和钙质泥岩的含油气丰度较高,含油气总量分别为0.42和1.44 kg.t-1,具有良好的页岩油气勘探远景。     

共和盆地下白垩系烃源岩评价

共和盆地下白垩系烃源岩分布在贵德坳陷,预测烃源岩面积1 500km2,平均厚度200m。在万秀剖面中,烃源岩主要分布在万二段和万三段下部,厚232m,烃源岩类型主要为滨浅湖相-深湖相黑色泥页岩和灰色泥岩,其有机质丰度达中-好生油岩标准,有机质类型主要为Ⅰ-Ⅱ型,实测镜质体反射率均大于0.7%,94.3%的样品热解峰温大于435℃,达到了有机质热演化的成熟至高成熟阶段,并且万二段优于万三段。研究表明,共和盆地白垩系烃源岩为一套好烃源岩,具有很高的生烃潜力。     

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。     

共和盆地干涸湖盆植被分布格局及土壤粒度组成特征

土壤粒度组成是最重要的土壤物理性质之一,影响着土壤水分运移、植被生产力等,进而影响植被的分布格局.本文以青藏高原东北部共和盆地干涸湖盆——英德海为研究对象,通过野外植被样方调查及室内土壤粒度试验,分析湖盆不同地貌类型和不同景观下的土壤粒度组成特征.结果表明:(1)英德海湖盆从底部至北部边缘,垂直高度为65 m,在湖盆内...     

共和盆地不同恢复年限人工混交林表层土壤微生物群落特征

为掌握共和盆地沙化土地不同恢复年限土壤细菌与真菌群落变化特征,以贵南县黄沙头25、20、15、10、5年等5个恢复年限(分别为1997、2002、2007、2012、2017年营造)的人工混交林(青杨、乌柳和沙棘)为研究对象,采用高通量测序技术,分析不同恢复年限0～20 cm土壤细菌和真菌群落结构与土壤理化性质的关系。结果表明：(1)随着恢复年限的增加,土壤含水率、有机质、速效氮、速效钾、速效磷逐年增大,pH逐年降低;土壤有机碳、全氮含量在恢复20年为最大值,全磷含量在恢复15年为最大值。(2)随着恢复年限的增加,细菌OTUs、Chao I指数、Shannon指数及真菌Shannon指数逐年增大,真菌Simpson指数逐年降低,真菌OTUs、Chao I指数在恢复15年达到最大值。(3)变形菌门、放线菌门、酸杆菌门为土壤细菌中的优势菌群,子囊菌门、担子菌门、被孢霉门为土壤真菌中的优势菌群。(4)冗余分析(RDA)表明,速效钾和速效氮是影响土壤微生物群落结构的关键因子。综上,在共和盆地开展沙化土地人工植被营造,可有效改善土壤养分,丰富微生物群落结构,受降水、造林树种和土壤养分限制,在恢复...     

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。     

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。     

共和盆地恰卜恰地区新近系地下热水化学特征

位于青藏高原东北缘的共和盆地地热资源丰富、种类齐全,既有中低温水热型,又有高温干热型地热资源,但两者间的相关关系研究目前还相对较弱。以共和盆地恰卜恰地区新近系地热系统为研究对象,通过选取对水样的分析估算深层地下热水水化学特征及热储温度、循环深度,从而推测研究区新近系地热系统的成因模式,探索干热型和水热型地热系统相互影响关系。分析结果表明：该区地下水优势阳离子为Na⁺,占比多超过90%,水化学类型主要为Na-Cl·HCO₃、Na-HCO₃·Cl或Na-Cl·HCO₃·SO₄,经过较长的径流路径和较慢的水循环过程,水岩作用程度较高,属地下水径流的末端或排泄区;通过化学温标估算研究区新近系热储温度为71～134℃,地下热水的循环深度为1 300～2 200 m,深于研究区花岗岩结晶基底顶面埋深;研究区新近系地热系统主要热源为深部高温干热岩体,新近系含水层地下水受深部高温花岗质岩体热传导导热加热升温,第四系地层为盖层,起到隔热保温作用,形成中低温地热系统。研究结论加深了干热岩地热系统对...     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

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。