中深层地热田开发利用技术研究进展

地热能是重要的可再生能源,是我国“十四五”期间重点发展的可再生能源之一。我国地热能直接利用量连续多年保持世界第一,但中深层地热田开发利用技术与国外先进水平尚有差距。当前全球地热初创公司快速增长,地热资源开发力度持续加大,地热能利用场景多样化,地热发电装机容量稳步增长,开发利用技术取得较大进展。具体表现为4个方面:(1)中深层闭式换热系统设计技术逐渐成熟;(2)EGS技术取得历史性突破,应用潜力巨大;(3)多国重视含水层储热在弥补能源供需不平衡上的作用,加快推进含水层储热场址选择、热回收率及风险分析等方面的研究;(4)回灌成为中深层水热型热储开发的通用做法,回灌数值模拟及方案设计、防腐蚀、防结垢、防堵塞等技术进步有效延长了地热田的生命周期。“双碳”背景下,我国应将关键技术研发作为发展新质生产力的主要突破口,快速升级中深层地热田开发利用技术,有效提升地热项目经济性,实现地热利用规模持续增长。

中深层地热效益开发关键技术研究与实践

研究中深层地热旨在开发一种可再生的清洁能源,以减少对化石燃料的依赖,降低碳排放,是能源行业绿色低碳转型的重要抓手。针对冀中地区中深层地热效益开发中存在的地质识别、开发方案和地面工程等难题,开展了地下和地面关键技术研究,为中深层地热效益开发提供借鉴。研究取得以下认识:(1)冀中地区中深层热储主要有层状砂岩、块状潜山等,砂岩型地热开发难点是砂层识别难,回灌能力相对较差;潜山型地热开发难点是热储非均质性强,钻井成功率与开发方案设计精准率要求高。(2)有利热储预测与甜点识别技术能够有效识别热储甜点,随钻动态分析+采灌试验+五敏试验优化开发参数相结合,实现砂岩型地热高效开发。(3)地球物理、钻录测试资料等联合应用,可准确定位潜山热储位置,重力流潜山高效开发技术实现少井高产、同层无压全回灌。(4)通过地热大温差热泵供暖和防污防垢技术,提高了地热换热效率,降低了运维成本。(5)地热供暖、地热制冷和地热制蒸汽等根据不同场景组合应用,进一步拓展地热利用形式,提高地热资源利用率,使资源效能得以充分发挥。

河南省濮阳市中深层地热地质特征、资源储量及开发利用适宜性评价

濮阳市中深层地热资源丰富,但地热资源综合利用程度和综合经济效益有待进一步提升。通过收集和分析濮阳市已有76个中深层地热孔钻探资料和近年的勘查研究成果,对研究区地层分布、地质构造、水文地质条件、热储特征等进行分析,采用体积法对研究区中深层地热资源进行定量计算,并开展地热资源开发利用有利区评价。研究结果表明,濮阳市适宜开发利用的热储层主要是馆陶组砂岩热储层、奥陶系灰岩热储层,赋存其中的地热资源丰富,其中,馆陶组热储层地热资源总量为8.67×10^(10)GJ、可采资源量为2.17×10^(10)GJ,奥陶系热储层地热资源总量为9.68×10^(10)GJ、可采资源量为1.45×10^(10)GJ。研究评价结果为进一步摸清濮阳市中深层地热资源家底、科学编制地热资源开发利用规划、推动地热资源高效开发利用提供了一定的理论依据。

中深层地热井开采对套管与水泥环性能影响的研究

地热井开采过程中井筒热流体造成的瞬时高温条件下,对套管的力学性能有较大的影响。本文基于套管-水泥环-地层岩石稳态热传导数学模型计算井筒温压场,建立中深层地热开采放热与套管相互作用力学评价的数学模型,并对地热开采放热对套损的影响进行有限元计算和试验模拟,得到以下结论:在地热开采井筒放热作用下,使套管产生了较大的椭圆度,削弱了套管的抗挤强度。当内压达到90 MPa、套管内温度为30℃时,在地层径向压力不等的情况下,内壁面应力分布极不均匀,应力最大差值为560 MPa,应力沿周向分层分布,受到地层径向压力大的一侧出现大范围的应力集中区域。随着温度的升高,套管的位移云图变化不大,最大位移值略有增加。当温度达到120℃后,套管处于较为恶劣的热力环境,热应力的变大导致套管塑性变形严重,同时内压增大到120 MPa时,套管内壁整体呈高应力状态,更易导致壁面出现塑性破坏。研究成果对研究地热开采放热对套损的影响规律,对评估套管的受力环境、水泥环强度、水泥环微间隙宽度等参数提供指导意义。

蓄热式中深层地热供暖系统运行策略分析

蓄热式中深层地热供暖系统提取地下2000~3000 m的中深层地热作为热源,并耦合蓄热装置,实现建筑物的清洁供能,平衡电网负荷。系统的运行控制策略对系统性能的影响较大。为了研究蓄热式中深层地热供暖系统的运行控制策略,基于TRNSYS软件建立了西安地区三种典型公共建筑的热负荷模型和蓄热式中深层地热供暖系统仿真流程。根据三种典型公共建筑的热负荷特性,探究蓄热式中深层地热供暖系统的运行控制策略对电网的“移峰填谷”效果和运行经济性分析。结果表明:对于办公建筑,释能优先运行模式和定比例控制运行模式具有较好的移峰填谷作用,其中,释能优先运行模式的日运行费用最低,为132.35元;对于酒店建筑,由于全天24 h均有热负荷,因此供暖系统运行策略为在谷电时间段内,热泵机组满负荷运行,首先满足建筑热负荷,剩余部分进行蓄热,在峰电时间段内,采用机组优先运行模式,日运行费用为326.83元;对于商场建筑,定比例控制运行模式的移峰填谷作用最佳,日运行费用最低,为120.49元。

南海北缘珠江口盆地油气资源前景及有利勘探方向

珠江口盆地自20世纪80年代初开展大规模油气勘探以来,在北部裂陷带及中央隆起区已陆续发现了20多个油气田。目前北部裂陷带及中央隆起区勘探程度较高,盆地南部裂陷带及隆起区处于深水区域,勘探及研究程度甚低。近几年油气勘探获得了重大突破和进展,展示出巨大的勘探前景。在前人研究的基础上,根据盆地不同区域油气运聚成藏条件及特点,分区带对其油气资源前景及有利勘探方向进行剖析,明确提出,北部裂陷带中深层领域和南部裂陷带白云凹陷及周缘深水区是油气勘探的新领域和有利方向,应进一步深化研究、加快油气勘探步伐。

沉积盆地中深层水热型地热资源评价体系研究与应用

“双碳”背景下,地热资源广受重视,尤其是沉积盆地中深层水热型地热资源。近年来,随着对这类资源重视程度的增加和开发规模增大,项目选择、立项、建设与运行阶段都需要系统的资源评价体系来支撑。针对不同阶段的地热开发情景,提出了一套沉积盆地中深层水热型地热资源的评价体系:项目选择阶段,需要开展大地热流值、区域地温梯度、区域地幔隆起幅度等方面以地质背景为重点的区域评价,确定项目是否建设,明确目标地区地热资源“有没有”;项目立项阶段,需要开展涵盖5类指标的重点评价,权衡地热能否开发,明确地下资源“行不行”;项目建设阶段,需要开展以具体技术参数和经济效益为重点的精细评价,明确各项开发参数,做好地面地下一体化经济评价,明确项目整体效益“好不好”;项目运行阶段,需要开展动态评价,通过热场监测与调整,确保热场更稳、周期更长,明确项目整体效益“优不优”。该评价体系可为相关地热资源评价提供方法参考和应用借鉴。

冀中霸县凹陷古近系深层油气资源潜力研究

以往认为冀中霸县凹陷主力烃源岩为沙三中下段和沙四上段暗色泥岩。通过兴隆1井的钻探，发现了厚度巨大的沙四中下段暗色泥岩。对该套暗色泥岩详细的地球化学研究表明，其有机碳含量在0．6％～6％之间，热解生烃潜力在0．5～14mg／g之间，有机质类型为Ⅱ2-Ⅱ1型，为中等好烃源岩，而不是以往所认为的属于品质差的烃源岩。有机质成熟度研究表明，兴隆1井烃源岩成熟门槛为3200m，4700m进入生油高峰阶段，5100m左右进入凝析油、湿气阶段。该井沙四中下段暗色泥岩已经进入凝析油、湿气阶段，并已获得自生自储的原油和天然气，表明该套烃源岩具有生成油气的能力。应用盆地模拟法对霸县凹陷沙四中下段油气资源量进行计算，石油资源量增加2200×10^4t，天然气资源量增加561×10^8m^3，大大提升了霸县凹陷深层的勘探价值。

中深层地热勘探开发技术进展与开发对策

随着绿色能源开发需求的日益迫切,地热能作为一种绿色低碳、用之不竭的可再生能源越来越受到重视。浅层地热能已经被广泛应用于发电、供暖等领域,但由于受到地表水文地质特征的影响而缺乏稳定性。中深层地热能热源充足,可利用价值高,必将成为今后开发的重点。在简述了国内外中深层地热勘查开发现状的基础上,分析了开发利用中深层地热所需的关键钻井、回灌、除垢等技术,并结合我国地热开发存在的问题,提出了相关技术对策。加大政府引导,鼓励石油企业介入,建立综合能源开发企业,重视地热能开发基础研究,提高经济开发地热能水平。

吉林省中深层地热能供暖资源量评估分析

基于化石能源危机与“碳排放”带来的环境问题,遵循国家“双碳目标”,针对寒区气候特征、能源分布及建筑能耗特点的清洁供能技术亟需推进。地热能因其储量丰富,已成为全球第三大可再生清洁能源。吉林省地热能分布广泛,开发潜力巨大,因此探明地热资源储量尤为重要。本文首先阐述了吉林省地质概况、地层特征及地热形成条件,并以吉林省东部长白山地区、中部伊通盆地、西部松辽盆地等为主要研究区域,利用热储计算模型,评估了研究区3000 m以内的中深层地热资源储存量。研究结果显示:吉林省属于地热资源较丰富的高热流区,其热流值高达64.6 mW/m^(2)~85.1 mW/m^(2),平均热流值为72.2 mW/m^(2);经计算,吉林省中深层地热资源总量为2.81×1022J、折合标准煤1.59×10^(11)tce,可开采地热资源量为2.25×10^(21)J、可开采地热资源量折合标准煤1.27×10^(10)tce,开发利用前景广阔。

我国深层地热资源勘探的基本现状及对策

深层地热是将来地热开发的重点领域。丰富的地热资源储量为加快深层勘探提供了基础 ,深层地热分布规律认识的深化为加快勘探步伐提供了有利条件。回灌技术的日见成熟使加快深层地热勘探步伐成为可能 ,许多不利因素增加了深层地热勘探的难度。根据上述认识 ,提出了如下对策 :加强地热地质基础理论研究 ;加强深层地热勘探开发技术研究 ;优选目标 ,积极预探 ;进行经济评价 ,提高深层勘探效益 ;

基于层次分析法的地热资源评价体系研究——以河北省曹妃甸地区中深层水热型砂岩储层为例

为定量评价目标区域中深层水热型地热资源品质,以沉积盆地内中深层水热型地热资源为研究对象,以地热资源品质评价为主要内容,深入分析地热地质条件、地热资源量和地热流体质量3个部分。选择对地热资源影响较大的16项指标,使用层次分析法对每项指标进行权重赋值,将中深层水热型地热资源划分为三级7类。Ⅰ级区域为资源优势区,可进行高效开发;Ⅱ级区域为资源富集区,满足工业开发要求;Ⅲ级区域为资源不富集区,最终形成一套可量化评价的资源评价体系,为地热资源是否可进行利用提供数据分析结论。通过河北省唐山市曹妃甸区地热供暖项目的实际应用效果作为案例,验证了评价体系的针对性、实用性。

我国中深层地热资源赋存特征、发展现状及展望

地热资源具有储量大、能源利用效率高、运行成本低和节能减排等优点,是唯一不受天气、季节变化影响的地球本土可再生清洁能源,对于实现双碳目标有重要意义.为了解中深层地热资源赋存特征和发展现状,系统梳理了国外中深层高温地热资源的发展历程和最新进展,并与我国中深层地热资源开发情况进行对比分析,以期为我国中深层地热资源开发利用提供借鉴和启示.总体来讲,我国传统水热型地热资源潜力巨大且开发程度不高,具有很大的开发空间;针对我国地热流体中伴生矿产资源的相关开发依然存在着稀有元素分布特征不清、潜力不明、整体开发利用程度不高等问题,应在评估地热流体中伴生矿产资源潜力基础上,进一步加强地热流体中伴生矿产资源的综合开发利用;随着矿产资源开采深度的加大和高温地热带周边相关工程建设的开展,高温热害成为不可忽视的问题.但目前深部矿井和工程建设中“热害资源化”的研究相对不足,造成了地热资源的浪费,应在“热害资源化”潜力评估的基础上,进一步推动“矿−热共采”及工程建设中的“热害资源化”利用.

地热能原位换热试验分析与机理研究

在能源供需紧张、大力发展新能源的背景下,地热资源开发日益受到重视。依托先进的开发技术,人们才能合理开发和利用地热资源。在研究地热资源提取技术时,我国需要将地热资源地质条件与开发条件相结合,实现地热资源利用最大化。“取热不取水”的地热能提取技术对中深层地热能和干热岩的开发有很大帮助。本文通过换热试验来探索不同规格的合金管和钢管的换热效率,得到如下结论:规格相同时,合金管的传热效率比钢管好;不论是合金管还是钢管,壁厚较大的管道传热效率好;换热效率与材质、壁厚、表面积有关;换热温度与时间呈函数关系,便于后期换热效率计算。

煤炭地下气化产业与技术发展的主要问题及对策

煤炭地下气化可实现煤炭资源清洁开采和利用,催生新的战略替代能源。国外自20世纪30年代开始了煤炭地下气化技术研究和现场试验,主要采用巷道式及浅层钻井式煤炭地下气化工艺。目前,浅层钻井式煤炭地下气化前端工艺基本成熟,但规模化开发技术尚未突破,受环保政策、资源条件、技术局限等因素限制,工业化进展缓慢,还需要在地质评价和选址、基础实验、气化炉建造、气化运行控制工艺、粗煤气综合利用、井下工程技术、规模化开发技术等方面取得进一步突破,并解决温室气体排放及项目经济性等问题。煤炭地下气化未来将由浅层向中深层发展,粗煤气处理技术将由单一发电向深加工、综合利用方向发展。大型石油企业具有发展煤炭地下气化的战略需求、资源基础和技术条件,应发挥上下游一体化综合优势,建立科研、试验、生产及工程技术服务一体化运营模式,加快推进煤炭地下气化商业化开发进程,引领产业发展。

河南省中深层地热地质特征、靶区选择及物探工程设计

河南省地热资源丰富,分析了通许凸起鄢陵段和李口向斜凹陷区地热2个研究区地热地质特征,主要为地温场特征、热储特征以及地热流体特征,得出研究区地温梯度较高区,导水构造多,具有丰富的地热资源。并分析了2个研究区的靶区选择和物探工程设计。研究可为实现河南省调整优化能源结构、治理大气污染、发展低碳经济的战略目标提供政策与技术支撑,服务河南省生态环境保护与高质量发展,意义重大。

渭河盆地中深层地热资源开发存在问题及改进措施

渭河盆地中深层地热资源丰富,开发利用中深层地热资源对中国能源结构调整具有重要意义。渭河盆地中深层地热资源开发模式包括两种方式:抽取地下热水开发模式和换热型地热开发模式。对两种开发模式的现状、存在问题进行分析,认为抽取地下热水模式存在地热水利用率低、回灌困难的问题;换热型地热开发模式存在换热量不足、地温场恢复的问题,针对这些问题提出相应的改进措施,即加强回灌井成井工艺、砂岩回灌技术、回灌井堵塞等方面研究,研制新型井下换热器和新型传热介质。

集中式砂岩型热储地热资源开采井网优化与实践

近年来人们对中深层砂岩型地热资源开发越来越重视,集中开采逐步成为常态。在集中式砂岩型地热井井群部署过程中,井距、井网不仅决定地热井多年后温度和水位变化,也影响着地热项目的寿命及经济性。文章以冀东曹妃甸新城2.3×10^(6)m^(2)地热供暖项目为例,研究了集中式砂岩型地热开采井网优化。在研究区地热勘查的基础上,利用采灌试验确定地热井开采量为100 m^(2)/h、回灌量为80 m^(2)/h。采用数值建模优化地热采灌井井距为450 m,地热采灌井井网按交错式排状部署。采用多井先导试验验证地热井开采量、回灌量的合理性,并制定地热井采灌运维制度,实现100%自然回灌。利用井群多年采灌生产数据建模,预测热储渗流场水位与温度变化。为规模化地热资源开发提供技术支持。

中深层地热能梯级利用系统优化分析

结合某地热供暖项目,分析其供暖模式。针对冬季供暖不足的问题,提出了优化地热能梯级利用系统的建议。通过分析该系统运作的原理,在明确项目优化改进目标的基础上,合理选用地热能梯级利用系统的设备类型,加装混热水箱并对其运行模式做出调控。结果显示经改造后的地热供暖系统实现了两个梯级利用,符合36445kW、3972.1kW的采暖需求,明显提升了整个系统的换热能力。

井温测井数据在湖北中深层地热勘查中的多效应用

井温测井作为常规物探手段,广泛应用于多数地热勘查项目。基于大量测井生产实践经验,以湖北省两处中深层地热井为例,总结在不同监测模式和监测环境下,应用井温测井数据解决地温梯度读取、高温层及涌水层识别、套管查漏、裂隙观测等实际生产问题的方法。利用静态井温监测数据和地温梯度变化曲线,可有效识别高温层,并准确采集地温梯度数据。利用动态井温监测数据和井温梯度变化曲线,可在复杂环境下有效识别涌水层,并定性判断涌水量大小。利用动态井温监测曲线的微小异常,可有效识别套管破损等固井情况。在地热勘查中充分灵活地应用井温测井数据能有效提高勘查工作效率并降低工作成本。