干热岩勘探开发技术现状和发展.pdf

中国科技期刊数据库 工业 A 4 干热岩勘探开发技术现状和发展 刘兴华 河北省煤田地质局新能源地质队，河北 邢台 054000 摘要：摘要：干热岩勘探开发技术是一种基于地下干热岩体的热能开采技术，具有环保、可持续和经济等优点。干热岩体是指地下温度高于 200，且无天然地下水的岩体。该技术主要应用于美国、法国、日本、澳大利亚等国家，在这些国家已经建立了完整的干热岩勘探开发技术体系，包括勘探、开发和发电三个环节。在我国，干热岩勘探开发技术还处于起步阶段，但是我国拥有丰富的干热岩资源，未来将成为我国清洁能源开发的重要方向之一。关键词：关键词：干热岩；开发技术；发展 中图分类号：中图分类号：P314 1 国内外干热岩勘探开发现状 1.1 国外干热岩勘探开发现状 干热岩是指地球内部高温的热岩体，其温度高于100，并且不含天然气、石油等化石燃料。干热岩能够通过地热发电技术将其热能转化为电能，被视为一种清洁、可再生的能源。在国外，干热岩勘探开发已有相对成熟的技术和市场。以下是国外干热岩勘探开发现状的几个方面：（1）勘探技术 干热岩的勘探需要借助地球物理、地球化学和地质学等学科的知识和技术。目前国际上常用的勘探技术主要有：重力法：通过测量重力场的变化来推断地下岩石的密度分布情况，从而发现干热岩体。地磁法：通过测量地磁场的变化来推断地下岩石的电性质分布情况，从而发现干热岩体。地震法：通过测量地震波在地下的传播情况来推断地下岩石的结构和性质，从而发现干热岩体。钻探：通过钻探地下岩石并取样进行分析，来确定干热岩体的存在和性质。（2）开发技术 干热岩的开发主要是通过地热发电技术将其热能转化为电能。目前国际上常用的地热发电技术主要有：干热岩蒸汽发电技术：将地下的干热岩加热水蒸汽，再用蒸汽驱动涡轮发电机发电。干热岩热水发电技术：将地下的干热岩加热水，再用加热后的水驱动涡轮发电机发电。深层干热岩发电技术：通过钻探到地下深层的干热岩体，将其加热水蒸汽，再用蒸汽驱动涡轮发电机发电。（3）市场现状 目前，干热岩在国际上的开发主要集中在美国、欧洲和澳大利亚等地。其中，美国是干热岩发电技术最先进、应用最广泛的国家之一。据统计，截至 2019 年，美国已经有 9 座干热岩发电站，总装机容量达到了3.2GW。欧洲方面，法国、意大利、德国等国家也在积极开发干热岩发电技术。澳大利亚则是世界上干热岩资源最丰富的国家之一，其南澳大利亚州已经建成了一座干热岩发电站。总之，干热岩勘探开发技术已经相对成熟，市场也逐渐形成。在国内，干热岩资源也十分丰富，但由于技术和市场的限制，目前国内干热岩开发还处于初级阶段，需要加强科研和技术攻关，同时建立健全的政策法规和市场机制，推动干热岩勘探开发的进一步发展。1.2 国内干热岩勘探开发现状 国内干热岩勘探开发目前仍处于初级阶段，虽然有一些项目正在进行中，但是整体进展缓慢。以下是几个国内干热岩勘探开发的案例：中国广东省地热示范区：广东省地热示范区是中国目前最大的干热岩勘探开发项目之一，由广东电力集团投资建设，总投资近 20 亿元人民币。该项目利用地下岩体的高温热能进行发电，目前已经建成了两座发电站，总装机容量达到 50MW。中国黑龙江省地热示范区：黑龙江省地热示范区是中国北方地区干热岩勘探开发的一个重要项目，目前正在进行勘探和开发阶段。该项目计划利用地下岩中国科技期刊数据库 工业 A 5 体的高温热能进行发电，总投资约为 30 亿元人民币。中国云南省地热示范区：云南省地热示范区是中国西南地区干热岩勘探开发的一个重要项目，目前正在进行勘探和开发阶段。该项目计划利用地下岩体的高温热能进行发电，总投资约为 10 亿元人民币。总的来说，国内干热岩勘探开发还面临着技术和资金等方面的挑战。目前，国内政府加大了对干热岩勘探开发的支持力度，相关企业也在积极探索技术和商业模式创新，未来干热岩勘探开发在国内市场上的前景仍然值得期待。2 干热岩勘探开发技术的现状 2.1 国外干热岩勘探开发技术的应用 美国、法国、日本、澳大利亚等国家在干热岩勘探开发技术方面积累了丰富的经验，已经建立了完整的干热岩勘探开发技术体系。其中，美国的干热岩发电项目是世界上最早的干热岩发电项目，也是规模最大的干热岩发电项目之一。法国的 Soultz-sous-Forts 项目是目前世界上最大的干热岩勘探开发项目，该项目已经成功实现了地热发电。日本和澳大利亚等国家也在干热岩勘探开发技术方面取得了较大进展。2.2 我国干热岩勘探开发技术的现状 我国的干热岩勘探开发技术起步较晚，目前还处于研究和试验阶段。但我国拥有丰富的干热岩资源，是世界上干热岩资源最丰富的国家之一。我国对干热岩勘探开发技术的研究和应用已经开始，并且在几个地区进行了试验性开发，如西藏、新疆、云南、青海等地。我国还制定了一系列有关干热岩勘探开发技术的政策和计划，包括 国家中长期科学和技术发展规划纲要、国家能源战略纲要等。2.3 干热岩勘探开发技术的关键技术 干热岩勘探开发技术主要包括勘探、开发和发电三个环节，其中勘探和开发技术是干热岩勘探开发技术的关键。（1）干热岩勘探技术 干热岩勘探技术是干热岩勘探开发技术的第一步，其目的是找到干热岩体，确定其温度、深度、规模和可开采性等参数。干热岩勘探技术主要包括地质勘探、地球物理勘探、地球化学勘探和钻探等技术。其中，地质勘探是干热岩勘探技术的基础，主要是通过野外地质调查、地质剖面和地质结构分析等方法确定干热岩体的分布和形态；地球物理勘探主要是通过地震勘探、重力勘探、磁法勘探、电法勘探等方法，测定干热岩体的体积、深度、温度等参数；地球化学勘探主要是通过采集地下水、气体、热液等样品，分析其成分，判断干热岩体的存在和可开采性；钻探是干热岩勘探技术的重要手段，通过钻孔获取地质样品，了解干热岩体的情况。（2）干热岩开采技术 干热岩开采技术是干热岩勘探开发技术的核心，其目的是将干热岩体中的热能转化为电能。干热岩开采技术主要包括液态工质循环系统和二次回路系统两种。液态工质循环系统是干热岩开采技术的主流，其基本原理是通过钻孔将水注入地下岩体中，与地下高温岩体接触，形成高温高压的水蒸汽，然后将水蒸汽带到地面发电。二次回路系统是将干热岩体中的水蒸汽直接输送到地面，通过蒸汽轮机发电。干热岩有明显的特点如：温度高：干热岩的温度一般在 200以上，远高于地表温度和大部分热储层的温度，因此具有较高的热能储存能力和输出能力。热能稳定：干热岩的热能稳定性较高，不会受到季节性变化和气候变化的影响，因此具有可靠的能源供应能力。分布广：干热岩分布广泛，全球范围内有大量的干热岩资源，特别是在火山带和地热带地区，资源丰富。3 干热岩勘探开发技术的市场发展前景 干热岩勘探开发技术具有广阔的发展前景。首先，干热岩勘探开发技术是一种清洁能源技术，具有环保、可持续和经济等优点，可以有效解决能源和环保的矛盾。其次，干热岩勘探开发技术具有较高的经济效益和社会效益，将成为未来清洁能源的主要来源之一。最后，我国拥有丰富的干热岩资源，未来将成为我国清洁能源开发的重要方向之一。国内市场：目前，国内干热岩开发起步较晚，但是随着国家能源政策的不断调整和清洁能源的重视，干热岩开发也成为了国内能源市场的一个热点。国内的干热岩资源主要分布在西南地区和西北地区，如云南、四川、新疆等地。随着技术的不断进步和政策的不断支持，干热岩开发在国内市场的前景将越来越广阔。国际市场：干热岩开发在国际市场上也备受关注。中国科技期刊数据库 工业 A 6 目前，欧美等发达国家已经开始了干热岩开发的试验和研究，如美国的 Salton Sea 项目、欧洲的 Soultz-sous-Forts 项目等。这些项目的成功实施为干热岩开发的研究和应用提供了宝贵的经验和数据支持。随着全球能源需求的增长和对清洁能源的需求不断提高，干热岩开发在国际市场上的前景 4 干热岩勘探开发技术的挑战和对策 干热岩勘探开发技术面临着一些挑战，其中最主要的是技术挑战和市场挑战。技术挑战主要表现在勘探和开采技术上，如如何快速准确地找到干热岩体，如何提高热能转化效率等。市场挑战主要表现在电价和政策上，如如何降低发电成本，如何争取政府政策支持等。为应对这些挑战，可以采取以下对策。一是加强技术研发，提高勘探和开采技术的精度和效率。二是优化发电模式，降低发电成本，提高竞争力。三是加强政策支持，推动干热岩勘探开发技术的发展。四是加强国际合作，借鉴国外成功经验，推进我国干热岩勘探开发技术的研究和应用。5 增强型地热系统/干热岩热储层研究现状 增强型地热系统（Enhanced Geothermal System，EGS）是一种新型的地热能利用技术，它通过人工刺激地下岩石，增加热储层渗透性和导热性，提高地下热水温度和流量，从而增强地热系统的输出能力。干热岩热储层则是 EGS 技术中的一种重要类型，它指的是不含天然热水的高温热岩体，温度一般在 200以上，具有较高的热能储存能力和开发价值。目前，EGS 技术和干热岩热储层的研究已经成为国内外地热领域的热点之一，以下从技术原理、研究现状和发展趋势三个方面进行分析。5.1 技术原理 EGS 技术的基本原理是通过钻井等手段将水或其他适宜的工质输送到地下岩石中，人工刺激地下岩石，扩大裂隙和孔洞，提高岩石的渗透性和导热性，使得地下岩石能够更加高效地传导热能。具体步骤包括：钻井：在地下岩石中钻探一系列井孔，形成一个井网，以方便注入工质和采集热能。刺激：通过注入高压水或其他适宜的液体，利用压力差和温度差等力学效应，刺激地下岩石，扩大存在的裂隙和孔洞，以增加地下岩石的渗透性和导热性。注水：将热水或加热后的水注入地下岩石中，使得地下岩石能够更加高效地传导热能。采集：通过井孔采集地下热水，将其传输到地面进行热能利用，如地热发电、供暖、制冷等。干热岩热储层是 EGS 技术中的一种重要类型，其研究重点在于如何有效地刺激热岩体、提高其渗透性和导热性。目前常用的刺激方法包括压裂、水力喷涌、微震等技术，这些技术可以增加热岩体的裂隙和孔洞，提高岩石的透水性和导热性，从而实现热储层的有效开发。5.2 研究现状 EGS 技术和干热岩热储层的研究已经成为国内外地热领域的热点之一。目前，国际上已经有一些 EGS 项目得到了实际应用，如美国的 Salton Sea 项目、欧洲的 Soultz-sous-Forts 项目等。这些项目的成功实施为 EGS 技术和干热岩热储层的研究提供了宝贵的经验和数据支持。国内的 EGS 技术和干热岩热储层研究起步较晚，目前仍处于试验和研究阶段。国内相关研究机构和企业主要集中在研究技术路线、开展试验研究、建立技术标准等方面。如中国科学院地质与地球物理研究所已经建立了干热岩热储层实验室，开展干热岩热储层的相关试验研究；中电投集团也在云南省开展了 EGS 项目的试验研究。5.3 发展趋势 EGS 技术和干热岩热储层的研究和应用具有广阔的发展前景。随着全球能源需求的增长和对清洁能源的需求不断提高，EGS 技术和干热岩热储层将成为未来地热能开发的重要技术路线。未来的研究和应用方向包括：技术创新：发展更加高效、安全的 EGS 技术，提高地下热储层的开发效率和稳定性；开发新型的刺激方法和工质，提高地下岩石的渗透性和导热性。应用拓展：将 EGS 技术和干热岩热储层应用于更多的领域，如城市供暖、制冷、工业生产等；积极探索海洋热能和地下岩浆热能的开发利用。政策支持：加强政策和法规的制定和实施，促进EGS 技术和干热岩热储层的商业化应用和市场推广。中国科技期刊数据库 工业 A 7 总之，EGS 技术和干热岩热储层的研究和应用具有重要的意义和价值，未来将成为地热能利用领域的重要方向之一。需要加强科学研究、技术创新和政策支持，助力 EGS 技术和干热岩热储层的发展和应用。6 结论 干热岩勘探开发技术是一项重要的清洁能源技术，在国外已经得到广泛应用，具有广阔的发展前景。我国应该加快干热岩勘探开发技术的研究和应用，以满足国内清洁能源的需求。同时，应该加强技术研发，优化发电模式，加强政策支持，推动干热岩勘探开发技术的发展。参考文献 1马鹏鹏.干热岩勘探开发技术现状和发展J.中国石油和化工标准与质量,2019,39(11):2.2付亚荣,李明磊,王树义,等.干热岩勘探开发现状及前景J.石油钻采工艺,2018,40(4):15.3杨冶,姜志海,岳建华,等.干热岩勘探过程中地球物 理 方 法 技 术 应 用 探 讨 J.地 球 物 理 学 进展,2019,34(4):12.4冉恒谦,冯起赠.我国干热岩勘查的有关技术问题J.探矿工程(岩土钻掘工程),2010,37(10):17-21.5冉恒谦,冯起赠.我国干热岩勘查的有关技术问题J.地热能,2011(3):6.