西藏谷露地热田ZK401高温地热井钻井工艺技术

谷露地热田是西藏那曲—尼木地热带上的典型水热型高温地热田,安全、经济和高效的钻井工艺技术很大程度上决定了其高温地热资源的可开发利用潜力。ZK401井是在谷露地热田实施的一口优质高产探采结合井,地层以花岗岩类为主,其岩石硬度大,机械钻速低,钻头使用寿命短。自上而下揭露多层热储,其35~41m即可揭露124.8℃中温地热流体,汽水总量约40 t·h^(-1);50~320 m揭露超过120℃的中温热储,汽水总量约30~35 t·h^(-1);320~1320 m揭露186.9℃高温热储,汽水总量高达348 t·h^(-1),具有热储埋深浅、温度高,断裂构造发育,地层出水量大的特点,高温及水侵作用致使钻井液极易失效,井喷风险大,安全钻井难。为解决上述钻井施工难点,进行了高温地热钻井关键技术研究。通过采用异形齿PDC钻头和岩石热裂提速技术,使单只异形齿PDC钻头进尺较同规格牙轮钻头提高了23%~48%,使三开井段花岗岩类地层的平均机械钻速提升至3.18 m·h^(-1)。通过优化井身结构,采用简易控压钻井技术,利用低温清水作为二开及三开钻进循环钻井液,达到了及时发现并有效保护热储层和控制井喷风险的目的;实现了ZK401井在520 m揭露186.9℃高温热储且汽水总量达348 t·h^(-1)苛刻条件下的安全、持续钻进,且非生产时间较采用常规钻井技术的邻井缩短了37%,极大地降低了钻井成本,提高了高温地热资源的可开发利用潜力。为后续该区域乃至其他地区解决高温地热井钻井施工提供参考。

藏南高温地热水锂资源及其提取利用技术经济性探讨

这是一篇地球科学领域的论文。基于藏南高温地热水锂资源分布特征、成因机制、锂提取技术和经济性研究不足。本文通过板块构造分析、地热水组分测试、盐湖锂提取技术的适用性对比分析和建立地热水提取锂的经济评价模型,取得了如下成果:(1)藏南地热水锂主要分布在雅鲁藏布江深大断裂带两侧及其南部,富含锂花岗岩围岩淋滤和岩浆热液,为富锂地热水的形成提供了丰富的锂来源;(2)根据地热水锂具有低浓度和低镁/锂比的特性,选择了萃取法和沉淀法两种技术用来提取地热水锂元素;(3)以古堆地热田某地热井,其地热水锂浓度为23.5mg/L,采用萃取法工艺提锂为例,建立经济评价模型,采用现金流量法对经济性进行评估,经济评估结果表明,当碳酸锂价格不低于25万元/t情况下,地热水提锂项目具有良好的经济效益。

西藏南部古堆高温地热田水化学特征及其成因研究

作为我国近些年地热勘探取得重要突破的地热田,西藏南部古堆地热田以其浅埋、高温、富锂、活动剧烈为典型特征而为人们广泛关注。然而关于其水化学特征和成因人们还知之甚少。古堆高温富锂地热田由五个地热显示区组成,分别是布雄朗古、杀噶朗噶、巴布的密、茶卡和日若地热显示区,其中布雄朗古、杀噶朗噶地热显示区地热活动最为强烈。古堆地热田沸泉和热泉的水化学类型主要为Na-Cl型,温泉和冷泉的水化学类型主要为Na-Cl-HCO_(3)、Na-HCO_(3)-Cl和Na-HCO_(3)型,地表水化学类型主要为Ca-Mg-SO_(4)-HCO_(3)和Na-Ca-Mg-SO_(4)-Cl-HCO_(3)型,这些不同的水化学类型可能反映其不同的成因和物质来源;K-Na地温计显示布雄朗古、杀噶朗噶、巴布的密、茶卡有相似的热储温度(最高可达240.56℃),且明显高于石英和K-Mg地温计计算结果;除了部分沸泉,多数地热水在Na-K-Mg三角图中的投点都远离完全平衡线,表明地热水在从热储上升至地表的过程中没有达到完全的化学再平衡,可能与冷水发生了混合;通过对地热流体特征元素的分析发现Cl、Na、K、SiO_(2)、B、As、Li、Rb、Cs和F是古堆地热流体的特征化学组分,Cl和其他特征化学组分之间良好的线性关系,表明了深部母地热流体的存在;通过对古堆地热流体焓-氯图解的分析表明古堆地热田深部可能存在两类不同的母地热流体,其Cl含量、焓值和对应的温度分别为567 mg/L、1562.5 J/g、335.5℃和697 mg/L、1250 J/g、282.5℃,并且古堆地热田的母地热流体可能是通过与围岩的热传导、沸腾或者与浅部地表冷水混合的冷却方式上升至地表形成不同温度、水化学类型和活动强度的热泉,本研究对深入认识我国西藏南部高温富锂地热系统的水化学特征和形成过程具有重要理论意义,同时对将来合理利用我国西藏南部清洁地热能和地热型锂资源具有重要的现实意义。

川西高温地热井的定向施工探索与研究

四川川西康定地区地热资源十分丰富,该地区先后施工了ZK201井、ZK203井、ZK206井。从井深200m开始,施工温度急剧升高,并伴有热水蒸汽喷出,热储条件良好。为了进一步开发当地地热资源,充分利用地热储层,提高蒸汽的产量,我单位对超高温定向井和水平井的施工进行了多方面的探索和研究,并提出了超高温环境下定向过程中的关键技术难点和解决方法,为现场高温定向施工提供了有力保证。

基于工业物联网的地热井阻垢剂加注装置研制

为解决西藏地区高温地热井结垢问题,该文研制了一套基于工业物联网的阻垢剂加注装置,设计了五层架构:现场层、控制层、操作层、管理层、企业层。现场层、控制层、操作层为本地系统,基于S7-1200、触摸屏、WinCC界面实现阻垢剂加注现场监控,并通过西门子工业网关(IoT 2050)向云服务器传输加注压力、流量、深度等生产数据。管理层、企业层为远程系统,通过生产执行系统(MES)监控多个地热井的阻垢剂加注装置,进行多井联产管理。该装置在西藏谷露某地热井进行现场测试,阻垢剂加注流量调节范围可达0~60 L/h,压力0~2.5 MPa,深度0~300 m,可以满足实际需要。

阳高—天镇地区高温地热系统形成机制及资源开发前景研究

“双碳”背景下,山西省持续深入推进清洁能源发展,2020年3月在大同天镇县水桶寺村附近探获高温高压地热流体。为探究大同阳高—天镇地区高温地热系统及成因机制,选择阳高孤山村—平山村一带20 km^(2)的范围作为重点研究区,采用地质调查、地球物理、钻探、测井等手段查明研究区地热赋存条件和规律。研究结果表明:(1)阳高—天镇地区的地热资源主要赋存于太古界变质岩及断裂带含水岩组中,直接热源可能为中上地壳未冷却的岩浆囊,盖层为第四系堆积物、新近系和古近系砂砾石层。(2)该地区高温地热系统为对流、传导型地热系统:一方面大气降水、地表水经孔隙渗透作用及断层裂隙通道下渗至热储位置受热形成热水,随后沿断裂通道对流上升至浅地表出露成温泉;另一方面新生代以来持续的伸展拉张环境,导致软流圈上涌,上地幔部分熔融形成的基性玄武岩浆经深部断裂通道上升至中上地壳形成多个岩浆囊,热量通过断裂或高热导率值的太古界变质岩传递至浅地表形成地热异常。(3)YG-1井抽水试验结果显示,该地区水热型地热资源以静储量为主,开发利用应考虑采用无干扰换热技术。综合分析区域地质条件,结合物探、钻探成果,认为该地区深部可能存在干热岩型地热资源,有待进一步查证。

青藏高原如角高温地热系统构造-热耦合成热模式

【研究目的】地表热异常的形成无外乎两方面原因:异常的热源及异常的热传递方式。“厚壳”与“热壳”共存,是青藏高原高温地热系统与一般汇聚板缘型地热系统的最大差异。部分熔融(热)作为“热壳”中的异常热源,断裂系统(构造)作为“厚壳”中的对流传热通道,清晰刻画两者空间关系,探讨构造-热耦合成热模式,可能是完善“厚壳”与“热壳”共存下青藏高原特色成热理论的重要途径。【研究方法】本次研究以萨嘎县如角沸泉为例,运用大地电磁测深、音频大地电磁测深。【研究结果】探测断裂系统与部分熔融的空间关系;结合已有地球物理、地热地球化学研究,建立如角沸泉构造-热耦合成热模式;并以断裂系统的交汇处为目标体,布设两口生产井。【结论】如角式构造-热耦合成热模式具有普适性,对于完善青藏高原特色成热理论及提高地热勘查成功率具有重要意义。

广东惠州市黄沙洞地区潜在地幔上涌现象及其对高温地热成因影响

广东惠州市黄沙洞地热田位于中国大热流异常区的东南沿海区。2013年首次在该地区钻探发现广东省内温度最高地热井,地热井井口自流水温98.2℃,井底测得最高水温118.2℃。2018年施工的惠热1#于2900 m测得热水温度为127.7℃,井口最高稳定温度118℃,最大流量137 m^(3)/h。深部热储温度采用无蒸汽损失石英温标计算为142.4℃,指示地热资源成藏潜力巨大。本文为探究该地区高温地热成因,结合区域地质构造特征、地球物理信息、岩石地球化学、气体地球化学、深部钻探信息,提出了高温地热区深部潜在地幔物质上涌现象为主要控制因素。研究区处于高重力异常区的北缘,处在线性重力阶梯带上,航磁异常显示深部存在隐伏岩体。高温地热井周边深部软流圈出现一定面积的垂向带状高导低阻体异常,反映可能有大规模的地幔上涌现象,且存在有较高的壳幔热流值,中下地壳可能存在热扰动的地质结构,紫金—博罗及莲花山深大断裂对软流圈的隆起具有一定的控制作用。研究区花岗岩多数显示为变杂砂岩部分熔融,少数为角闪岩和变安山岩部分熔融,指示研究区花岗岩存在地幔物质的加入。研究区浅层地下冷水稀有气体的比值R/Ra(^(4)He/^(20)Ne)(/^(4)He/^(20)Ne)air均大于1,显示出地幔上涌影响。研究区内存在生热率较高的花岗岩体,但出露规模不大,年龄为150 Ma左右,花岗岩生热率虽然较高,但岩体的生热率不足以形成较高的大地热流背景值。惠热1#深部钻探在2000 m发现基性辉长岩脉,与晚侏罗世二长花岗岩侵入接触关系明显,为深部地壳或上地幔的玄武质岩浆经侵入作用形成。黄沙洞地区高温地热的成因主要是软流圈上侵造成的上地幔的热对流。

中国东部地热异常区深层高温分布特征与动力学背景

中国东部的东北地热异常区、华北及华东地热异常区、东南丘陵-沿海地热异常区是中国重要的地热资源区,研究其深部地温分布特征与动力学背景对合理开发、高效利用地热资源具有重要的科学意义。中国东部自北向南,地热地质条件及热源成因各不相同。东北地区地热资源主要分布在长白山、松辽盆地、二连盆地以及依兰-伊通裂谷地堑,是火山、裂谷地堑、深断裂活动区,其深部热源与地温分布主要与西太平洋现代俯冲板片的岩浆活动有关。华北及华东地区地热资源主要分布在渤海湾盆地、南华北盆地群、郯庐断裂带的临沂-郯城段以及苏北盆地,是裂谷地堑、活动深断裂、岩溶热储发育区,其深部热源及地温分布主要与青藏高原东向挤出、太平洋俯冲后撤导致的盆地伸展、断陷以及深大断裂带走滑活动有关。东南丘陵-沿海地区地热资源主要分布在广东中西部、江西中南部以及福建东北部,是火山、岩体放射性高值区,其深部热源及地温分布主要与南海张裂、岩石圈减薄的岩浆活动有关。深部地温及居里面计算结果表明:中国东部地热异常区热流值≥80 mW/m^(2)的点在10 km深度的地温分别为,东北260~360℃,华北及华东270~400℃,东南丘陵-沿海地区260~340℃。在居里温度统一取475℃的条件下,居里面深度分别为:东北14.7~23.7 km,平均20.5 km;华北及华东18.4~26.5 km,平均22.1 km;东南丘陵-沿海地区16.9~24.9 km,平均21.9 km。综合分析认为,中国东部存在3种不同特征的地热资源区:长白山、东营等地,浅层地温高,居里面浅,地幔热源浅;松辽盆地中部的大安-大庆之间、渤中坳陷北侧的唐山等地,浅层地温高,但居里面深,地幔热源深;泉州-漳州之间浅层地温低,但居里面浅,地幔热源浅。

渤海湾周缘高温地热异常特征及深部热结构分析

渤海湾周缘高温地热异常区是华北重要的地热资源区,研究其浅层高温地热异常及深层高温地热结构,是解决中国东部高温地热勘查开发瓶颈的重要基础,对加快构建东部现代能源体系、推进“双碳”目标进程具有重要的科学意义。利用最新的中国大陆岩石圈速度模型USTClitho2.0和航磁资料,在大地热流资料约束下,本文计算了渤海湾周缘浅层与深层高温热结构,结果表明:该区居里面平均深度20.8 km,居里温度420℃,中、上地壳高温热结构与居里面起伏形态密切相关。上地壳生热率随深度增大而递减,反映了放射性生热元素向上迁移、在浅层富集的垂向分异特征。Moho面温度在600~800℃之间,岩石圈底界面1300℃等温面深度在66.3~97.5 km之间,平均值为76.8 km。依据USTClitho2.0模型Vp、Vs速度结构,本文修正了前人的地壳分层结构及上地壳生热率,计算了研究区内全部91个大地热流点的壳幔热流比,结果表明:Qc/Q=56.4%、Qm/Q=43.6%,Qc/Q>Qm/Q,显示该区为“热壳”结构。前人认为此区是“冷壳热幔”型热结构,本文的计算结果修正了前人的认识,指出上地壳层热流在地表总热流中所占比例较高,为该区寻找和发现中深层高温地热资源提供了重要依据。

耐高温测井装备的研制及其在西藏高温地热井中的应用

我国高温地热资源开发潜力较大,但针对高温地热测井技术及装备的研究却相对较少。结合西藏高温地热资源的特性,研制了一套可适应西藏高原环境的存储式高温地热测井的装备(耐温350℃、耐压60 MPa),可对高温地热井井下的温度、压力、伽马3个参数进行采集和存储,其中包括一套可记录深度的钢丝绳绞车系统,用于仪器的下放和上提,同时,研制一套可在低温(≥-30℃)户外使用的测井地面系统,用于测井数据的校深、曲线显示、回放和处理。该套装备研制完成后,在西藏谷露地热田已完成的高温地热井中开展了现场试验及应用,并获取了精确的高温地热井井下数据,验证了研制的耐高温测井装备的耐温性、适用性及稳定性。

做好自然资源要素保障 服务地方经济社会发展 姚青林赴大同市调研高温地热资源开发利用等重点工作

近日,山西省自然资源厅党组书记、厅长、省自然资源总督察姚青林赴大同市,就地热资源勘探与开发、石墨资源开发利用情况和耕地保护工作进行专题调研,并召开座谈会。大同市副市长翟永清一同调研。姚青林深入大同市天镇县高温地热科研示范实验发电站,详细听取大同盆地重点地区深部高温地热资源详查回灌试验项目的情况介绍。

西藏高温地热田地球化学特征及地热温标应用

研究区位于西藏自治区中部,属高温地热显示区。为了解区内地热田的热储基本特征,通过收集的12个主要地热田的23组地热及地表水样品分析可知,研究区水化学类型较复杂,地表出露温度较低的脱玛、玉寨、果组地热田以Na-HCO3型地热水为主,循环较快、可更新性较好,董翁、谷露、羊八井等地表出露温度较高的地热田以Na-Cl（Na-Cl·HCO3或Na-Cl·SO4）型地热水为主。地下热水中Cl与B、Li的正相关性,显示地热流体可能来源于深部岩浆;与Sr相关性较差,体现了地下热水中的盐分主要来源于深部热液而非水-岩相互作用;与SiO2、温度的正相关性更进一步印证了研究区地热为深部热源。经阳离子地温计与二氧化硅地温计估算各地热田深部热液与热水含水层混合温度为134~256℃。基于综合分析,推测研究区玉寨地热田较谷露地热田热水可更新性强,循环途径长或热源埋深较大,地热开发利用应综合考虑各自特点。

西藏谷露高温地热系统水文地球化学特征及成因模式

通过对西藏谷露高温地热系统的热水进行水文地球化学特征分析来研究其成因模式。研究结果表明，研究区热水为中偏碱性水，矿化度较高，化学类型主要为 Cl·HCO3-Na 型和HCO3·Cl-Na 型。热水在沿主要控热断裂上升途中与围岩发生物质和能量的交换，水岩作用强烈，到达浅部之后，由于受到冷水的混合作用影响使得温度下降，在 Na-K-Mg 三角图上表现为局部成熟水和未成熟水。利用混合模型对热水未受到冷水混合影响之前的温度进行估算，得到热储的温度范围为195～260℃，冷水混入比例为52％～74％。

高温地热钻井的最佳实践

地热开发的关键是地热钻井,高温地热钻井成本高,风险大。2008年,欧盟出版了"增强型地热系统最佳实践手册";2010年,美国桑迪亚国家实验室出版了"地热钻井最佳实践手册"。本文参考这两本手册和世界主要高温地热钻井实践,分析了高温地热钻井的特点及主要潜在问题,介绍了高温地热钻井的成熟钻井技术和一些前瞻性的技术,以及不同地质条件下(火山岩、变质岩和花岗岩)适用的最佳钻井实践,旨在对我国高温地热钻井提供技术参考。

高温地热高效开发钻井关键技术

地热能是来自地球深部的热能,是一种清洁、低碳、环保的可再生资源,高效开发地热资源对调整我国能源结构具有重要意义。目前高温地热开发的钻井技术都是采用油气开发的技术,由于高温地热储层的特殊性质,使得常规油气钻井技术作业效率低,成本较高。针对目前高温地热资源开发的工程需求,介绍了高温地热储层的类型,分析了高温地热储层特性和高效开发的钻井关键技术,包括高效破岩技术,防漏堵漏技术、抗高温井下工具和仪器、抗高温钻井液、抗高温水泥浆和高效低成本钻井技术,并对未来高温地热高效开发的钻井技术攻关方向提出了建议。

新疆曲曼高温地热田水文地球化学特征研究

介绍了新疆曲曼高温地热田的地热地质背景,利用水质测试结果分析了地热田及其邻区一带地热水、浅表冷水及冷-热过渡水的基本化学组分和地热水标性组分特征,并研究了热水化学组分来源及其运移规律。在此基础上分析了深部热储的水岩平衡状态,计算了热储温度。研究表明:地热水的化学成分以Na^+、Cl^-和SO_4^(2-)为主,Ca^(2+)和HCO_3^-次之,为典型的高温地热流体化学类型;地热流体在热田中部呈垂向上涌,在热田南部、东部及北部地热流体经深部垂向上涌后发生了明显的侧向径流;曲曼地热田深部热储为还原环境,渗透性较强,具中强的地热活动背景,计算热储温度在114~186℃之间,温度背景中等偏高。

玉蒙铁路旧寨隧道高温地热水分析研究

研究目的:查明隧道内高温地热水的成因、来源及其补给、径流和排泄特征,为高温地热隧道设计、施工提供可靠的依据,对类似地质环境条件下的工程勘察提供参考。研究结论:隧道内地下水(热水)来源于大气降水补给,通过断裂带(或其影响带)循环、加温后,向河谷运移排泄;隧道轴线与地下水流向大角度相交,开挖后,热水涌出形成隧道内高温;隧道通过全新活动断裂带,尤其是地表有温泉出露区域,应注意对高温地热的勘察、分析。

洛阳市龙门高温地热井的综合物探勘查

在洛阳龙门西山及洛阳盆地地热勘查中,应用音频大地电场ΔU测量、放射性α测量、激电测深等综合物探方法,成功确定了4眼隐伏断裂构造型热水井,其中温度最高达98.5℃,水量达96 m3/h。以玉隆苑高温地热井综合物探勘查为例,说明了物探方法在寻找地下隐伏断裂构造型热水中的作用初步探讨了高温地热井的成因。

中高温地热热泵系统的试验研究

为提高地热能的利用率,本文针对以40℃～45℃地热尾水为低温热源的中高温地热热泵系统进行了理论及实验研究。首先,根据理论分析筛选出能够满足实际运行和环保要求的循环工质;其次,将该工质应用于实际系统并根据不同的冷凝器水流量和冷凝器的进口水温测得了大量实际数据。