干热岩勘查开发进展及展望

清洁能源开发利用是当前全球可持续发展共同关注的资源环境问题。干热岩指埋藏于地球深部、内部不存在或仅存在少量流体,温度高于180℃的高温岩体,作为未来人类可持续利用的重要战略可接替清洁能源,其开发利用备受关注。文章在梳理总结国内外典型干热岩勘查与开发利用进展的基础上,针对干热岩资源研究方向提出几点思考,希望对我国未来干热岩勘查与开发工作起到有益参考借鉴作用。自20世纪70年代提出干热岩概念以来,世界各国开展了多处勘查开发工程探索,在取得大量理论技术突破的同时,也存在不少失败的案例。虽然全球投入建设的干热岩开发工程数量总体上不断增加,为干热岩勘查开发积累了宝贵经验,但是迄今为止尚未建造有商业规模的储层,由于缺乏持续经费支持、水力压裂诱发微地震等问题,多数被迫终止。目前来看,全球干热岩开发正逐渐进入新的探索阶段,欧美各国纷纷加强相关基础理论和技术攻关。我国近年来在干热岩资源调查评价和勘查开发方面取得了重要阶段性成果,编制了大地热流、居里面深度、控热构造等系列基础图件,初步估算了我国陆域干热岩资源潜力,并在青海共和、福建漳州、广东惠州、河北马头营、山西大同、江苏兴化等地区相继开展了干热岩勘查开发探索。其中,青海共和盆地恰卜恰地区在4000 m深度探获超过200℃的高温干热岩体。2019年在青海共和启动我国首个干热岩勘查试采示范工程,2020年完成干热岩储层规模化建造,有效改造体积超千万立方米,并于2021年实现试验性发电并网,在干热岩深部探测、高温硬岩钻探、规模化储层建造、循环连通、有机朗肯循环发电等方面取得了系列基础成果,推动了我国干热岩在勘查开发方面的实质性进展。总体来看,全球干热岩勘查开发取得了长足进展,实践证明干热岩资源是一种十分有发展前途的绿色能源,有望未来成为全球重要战略能源。然而,干热岩现有开发利用路径及其配套技术、装备与商业化开发预期相比还存在较大差距。我国干热岩资源开发尽管实现了从“0”到“1”的突破,但距离国际水平还有较长的路要走,仍需要在高温硬岩钻完井、深部储层精细刻画、安全规模化储层建造、高效换热取热等方面推动颠覆性技术创新,破解规模化、经济性开发难题。

国外地下水污染调查监测井技术

介绍了国外地下水污染调查用监测井技术,分析了丛式监测井、巢式监测井、连续多通道监测井、Waterloo监测井和Westbay监测井的特点,为国内相关技术研究提供一定的借鉴作用。

浅层地下水取水工程综述

阐述了近些年兴起的多种浅层地下水取水工程,包括渗流井取水工程,大口井-辐射井取水工程,竖井汇流取水工程,庭院式分散农户和小型集中供水取水工程,以及水平井取水工程。介绍了各类取水工程的原理、适用条件和主要优点,并列举了部分工程实例。

浅层低渗透性含水层水平盲井开采技术研究初探

水平井是开采浅层低渗透性含水层地下水的有效方法。水平井可以双面孔形式成井,也可以盲孔的形式成井(单一掘进工作面成井)。在场地受限或客户有特定要求情况下,水平盲井能够获得比水平双面井更大的优势。从钻孔设计、钻进扩孔、井管铺设、填砾洗井等方面对水平盲井施工工艺进行了探讨。通过研究,研制出了适合水平盲井施工的过滤器,提出了相适应的钻进方法和成井工艺,为进行水平盲井的野外试验奠定基础,为相关研究探索提供参考。

四肢骨折肿胀的病因病机及用药特色

四肢骨折是骨科常见疾病,骨折多合并有周围软组织损伤,加上骨折本身出血,骨折部位常会出现不同程度的肿胀,尤其是前臂、小腿及踝部等部位的骨折,肿胀会更严重,影响组织动脉血液供应及静脉回流。如果处理不当则可能增加伤口感染几率,增加手术风险,甚至造成骨筋膜室综合征[1]。

深部水文地质研究的机遇与挑战

经济社会快速发展需要更多的能源与资源保障,地球深部资源与能源极其丰富。“向地球深部进军”是经济社会发展需要与资源勘查开发技术、经济效益成本承受能力相匹配的必然发展趋势。随着“碳达峰、碳中和”战略目标的提出,绿色低碳高质量发展成为时代发展的主旋律。为满足能源、资源保障和生态环境保护等重大需求,加大清洁能源勘探开发力度、提高碳封存能力、强化地质储能研究等显得尤为重要。深部水文地质作用与此息息相关,亟待重视和加强研究。本文采用文献分析法,通过学科发展历程与热点焦点问题的综合对比研究,对深部地下水分布与循环理论研究、深部地下水地质作用下地热与锂资源成藏、深部地热-干热岩与页岩气等清洁能源开发、深部咸水层CO;地质封存、地质储能等方面涉及的深部水文地质研究现状和未来趋势进行了分析总结,认为深部水文地质在高温高压条件下地下水循环动力机制、物质能量转换过程、水岩相互作用、成热成藏机理和勘查监测技术精准度等方面尚需深入系统的研究,而储层非均质性刻画、热源机制、深部资源能源可持续开发技术、人工干预下深部资源环境演变特征、水力压裂诱发地震以及断层对流体触发的敏感性和触发过程演变等是未来应给予重点关注的关键性问题。

西部严重缺水地区地下水勘查技术方法体系研究

本文主要介绍1999～2005年中国地质调查局组织实施的“西部严重缺水地区人畜饮用地下水勘查示范工程”中建立的西北内陆盆地、青海东部和甘肃中东部中小型碎屑岩盆地、宁夏南部和陕西北部黄土高原区、鄂尔多斯盆地周边岩溶区、内蒙古高原和川渝滇红层等不同复杂水文地质区以遥感、综合物探、钻探等方法为主要内容的地下水勘查技术方法体系研究成果。为继续推进上述地区人畜饮用水困难问题的解决提供技术指导。

海域天然气水合物泥质粉砂型储层防砂砾石粒径尺寸选择

2017年5月我国海域天然气水合物试采成功,在其防砂关键技术上也取得了突破性成果。针对弱固结、细粒含量较高、防砂难度较大的泥质粉砂型储层,通过分析国内外天然气水合物试采防砂关键技术,结合我国南海海域试采储层的粒径分布范围和充填砾石混合的特点,建立混合粒径组合等效孔隙尺寸模型,计算得出部分工业砾石混合粒径砾石堆积的孔隙分布范围,进而换算成挡砂粒径。在此理论分析的基础上,设计物理模型实验对不同粒径砾石条件下的仿真储层进行阻砂实验,验证了0.23~0.32 mm的砾石可以阻挡0.04 mm以下的泥质粉砂型储层大量出砂,为我国天然气水合物试采防砂砾石尺寸的选择提供了理论依据。

地质勘查劳动防护和野外救生、特殊生活用品(用具)配备标准编制要点

《地质勘查劳动防护和野外救生、特殊生活用品(用具)配备标准》是地质勘查行业的首个劳动防护领域职业安全健康标准。《地质勘查劳动防护和野外救生、特殊生活用品(用具)配备标准》的制定,将对提高地质勘查行业从业人员的劳动防护水平,降低职业危害,减少安全事故,促进我国地质勘查行业安全生产等方面起到积极推动作用。文章从行业安全现状以及地质勘查事故风险等方面介绍《地质勘查劳动防护和野外救生、特殊生活用品(用具)配备标准》编制背景,并对标准编制方法与思路、内容划分、作业人员分类、重点内容等进行了讨论。针对该标准的讨论有助于标准的贯彻执行,对安全技术类标准的编制也具有一定参考价值。

地方病区地下水监测井建造及取样技术

为了查明地方病区地下水的形成条件、赋存规律、补径排特征和地下水化学特征需要建造监测井,采取地下水样品。本文就监测井的建造材料和成井工艺及取样技术做出论述,提出在地方病区最好选用PVC-U井管、携砾滤水管,建造分层止水、分层取样的监测井,辅以地下水定深取样和双帕克分层采样系统,采集有代表性的地下水样品。

国外地下水监测采样技术

国外地下水监测采样设备大致分为取样筒式采样器、惯性式采样器、气体驱动式采样器和潜水电泵式采样器4类。取样筒式采样器原理简单、制作方便、成本低,受监测井井径、采样深度影响较小;惯性式采样器外径小,可应用于小口径地下水监测井,采样深度可达到90 m;气体驱动式采样器结构较复杂,适用于大部分地下水监测井,采样效率较高;潜水电泵式采样器采样效率很高,适用于较大井径的监测井。

中国地质调查局安全生产管理平台方案探讨

安全生产管理平台是中国地质调查局为应对日益严峻的地质调查安全生产形势,加强地质调查安全生产监管而开发的一套软件系统,涵盖了安全管理工作的大多数内容,并具有信息处理、数据记录、文档管理、统计查询等功能。文章从系统目标、系统设计、主要功能模块等几方面分析了安全生产管理平台设计方案。建议加快安全生产管理平台研发速度,提高我国地质调查安全生产管理水平。

低渗透地层水平井渗流规律的模型试验

为研究低渗透地层水平井开采渗流特征,采用自行设计的模型试验装置,通过预埋微型孔压传感器,监测不同含水层厚度和不同抽水泵位置的渗流规律。不同含水层厚度为:60 cm、79 cm、94 cm、113 cm、123 cm。泵的位置分别为:造斜段、水平段入口、水平段内。试验结果表明:不同含水层厚度的渗流规律为随着含水层厚度的增加,其孔隙水压力增加,单位流量增大,且存在极限值。根据该实验可以得出含水层厚度、地层渗透性与水平井完井结构三者之间存在着约束关系,当含水层的厚度超过207 cm时,在相同试验条件下,其单位流量趋于稳定,说明水平井在低渗透、薄层开采中的优势。当抽水泵位于水平井内不同位置时,其抽水过程中含水层内的孔隙水压力分布规律具有相似性。抽水泵位置主要影响降落曲线的影响半径及对应的流量大小,按照造斜段、水平段入口和水平段内其降水影响范围增大,流量增大。因此,在低渗透地层将抽水泵放置于水平段内有利于增加产能。

基于气井防砂砾石粒径构成特征的砾石堆积孔隙直径分析

根据气井防砂砾石的粒径构成特征及完井防砂砾石充填是多种粒径砾石混合而成的堆积碎散性特征,通过剖析高压充填条件下混合粒径砾石堆积的排列结构,建立砾石堆积孔隙直径结构理论模型,推导出计算砾石堆积孔隙直径尺寸的公式。同时,通过理论计算分析了砾石颗粒的粒径比对砾石堆积孔隙直径尺寸的定量影响规律,为水合物试采井防砂砾石粒径的选择提供了理论依据。

水平定向钻进曲线段造斜强度分析

弯强作为水平定向钻进曲线段设计中的一个关键参数,设计时如果采用较大的弯强,则可以减少造斜进尺、缩短钻进距离、节省工程施工费用;但弯强过大将会造成钻具的磨损加剧,甚至钻具不能顺利过孔以及钻杆折断事故等等诸多的不利因素。为解决这一突出矛盾,通过对曲线段作为铺管段时、保证钻具顺利过孔以及钢质钻杆柱安全工作的三个因素运用数学力学计算方法进行综合分析和计算,得出了曲线段设计的极限弯强,并在盐碱地改良项目施工中得到了验证。

导向钻进铺管技术在浅层低渗透性含水层地下水开采中的应用

水平水井是开采浅层低渗透性含水层地下水的有效方法,水平水井施工包括钻进、护壁、扩孔、井管安装、填砾、洗井等步骤。对导向钻进铺管技术在浅层低渗透性含水层地下水开采中的工艺进行了详细探讨。通过研究,研制出了适合水平水井施工的过滤器,提出了相适应的钻进方法和成井工艺,为浅层低渗透性含水层地下水开采提供了一种新方法。

砾石充填防砂试验的出砂演化规律分析

出砂现象是泥质粉细砂水合物储层开采中常见的一种不利因素,其岩层、充填砾石的渗流特征变化直接影响着演化机理。基于泥质粉细砂水合物储层和砾石充填防砂结构,采用自行研制的防砂试验系统对出沙现象进行全程和分段(2、4、6、8 min)模拟,测定和研究了气-液渗流特征和出砂现象;并对全程和分段试验所形成的储层泥膜和防砂结构进行微观结构、含水量、密度的测量。全程防砂试验的结果显示,整个过程可分为4个阶段,即为初始渗流阶段、稳定渗流阶段、快速渗流阶段、和无液体渗流阶段。对比全程试验和分段试验,其气-水渗流特征具有相似性,其渗流规律几乎不受时间影响。泥质粉细砂储层的渗流规律具有分层的特征,储层中液体分层发生了运移并导致了土层的固结,形成了不同稳定性的固结圈,即为稳定、较稳定、弱稳定泥膜固结圈,和无扰动储层。出砂演化规律为:储层液体稳定渗流→液体携带细粒固体颗粒运移→储层细粒侵入防砂结构→气水加速渗流→大量出砂→形成泥膜与防砂砾石共同作用的阻砂结构。

基于北斗的地质调查安全生产保障系统设计与实现

地质调查安全生产保障系统基于我国北斗卫星导航定位系统和我国自主知识产权的天地图构建而成。该系统采用B/S架构,通过国家地质调查网络体系、互联网、北斗卫星网络和地面移动通信网络与项目承担单位、野外工作站及野外作业人员、车辆、飞机、轮船连通,能够实现地质调查安全生产规范化、系统化、现代化管理,以及对海、陆、空地质调查人员、车辆、飞机和船只的卫星定位、轨迹跟踪、紧急呼救和应急救援。本文概述了中国地质调查局在地质调查安全保障系统建设工作中的探索与实践,可为其他行业安全生产工作提供一定借鉴。

气体置换式地下水采样器的研制与试验

为了能方便、快速、准确地获取小直径、大深度监测井中的地下水样品,研制了气体置换式地下水采样器。该采样器依靠水柱压力驱动地下水样品进入采样管,使用压缩气体驱动地下水样品流出地表。在采样深度500 m的单次循环采样中,采样器平均采样量为20 L/次;在同样深度的连续采样中,采样器最大采样量为40 L/h。详细介绍了采样器的技术原理、设计制作以及试验测试情况。

农村饮水安全工程技术专家答疑

农村饮水安全工程建设正如火如荼,让农民喝上安全水的目标随着饮水安全规划的实施离我们越来越近。高质量地建好并用好管好工程非常关键。在与饮水安全工作一线的同志交流中,我们了解到,由于农村饮水安全工作的特殊性,目前还有不少技术上的困惑,如不尽早解决,势必影响饮水安全工作目标的实现。为了帮助广大农村饮水安全工作者应对工作中的难题,本刊开设了《在线问答》栏目。在有关部门的支持下,依靠专家的力量,在线解答来自生产一线的相关问题。本期刊出的是专家们对蔡陇海(北京市昌平区水利工程勘察设计所)、迟名柏(山东省日照市水利局)、陈升(甘肃省庄浪县水利设计队)等同志收集提出的问题给出的解决方案,我们相信这对其他饮水安全工作者也一定会有所裨益。在此,我们对参与答疑的专家们表示诚挚的谢意!对上述几位读者给予本刊的信任和支持表示衷心的感谢!欢迎广大读者积极参与本栏目,告诉我们您的问题,我们帮您寻找答案!