利津干热岩型地热资源调查评价关键技术研究

干热岩型地热资源是储量大、用途广的新型、可再生绿色能源,对其进行调查评价意义重大。本次从区域干热岩靶区选址、物探、钻探、岩芯取样测试、综合测井、抽注水试验、目的层压裂、热储评价等方面,系统地总结分析了干热岩型地热资源调查评价中涉及的关键技术。同时以利津干热岩GRY1孔进行说明,结果表明:虽然其天然裂隙率及渗透性较差,但经水力压裂后其渗透系数有大幅提高,压裂模式属于人工高压+天然裂隙复合压裂模式,在可控的孔口压力下能获得较大的注入水量,有利于干热岩资源的开发利用;干热岩做压裂试验时应选取天然裂隙发育段作为压裂试验的目的层,陈庄潜凸起区内埋深5000m范围内干热岩蕴藏的热资源量为2.654×10²⁰J,折合标准煤90.21亿t;可利用资源量为5.29×10¹⁸J,折合标准煤1.804亿t。该研究对干热岩勘查开发工程场地选址、调查评价等方面具有一定指导意义。     

干热岩勘查开发工程场地选址评价指标体系研究

干热岩是储量大、用途广的新型、可再生绿色能源,对其进行开发利用意义重大。就我国现状而言,寻找适宜的干热岩勘查开发工程场地是成功实现干热岩开发利用的关键。从干热岩工程开发亟待解决的选址问题出发,系统地总结了国内外干热岩勘查开发的选址经验,从资源、技术、安全和经济4个方面建立了包含4个指标层共20个指标的干热岩勘查开发工程场地选址评价指标体系; 基于层次分析法,计算了各评价指标的权重,并提出了基于层次分析-综合评分法的干热岩勘查开发工程场地选址评价方法。该指标体系和评价方法对干热岩勘查开发工程场地选址具有一定指导意义。     

开发干热岩的选址问题研究

干热岩是一种绿色环保、可再生、潜力巨大的地热资源。在借鉴前人研究成果的基础上,总结出在干热岩选址过程中应考虑莫霍面隆起区、热源岩石、沉积盆地、地热异常及强烈的构造活动等5个因素,供今后干热岩发电选址工作参考。     

河北省乐亭县马头营区干热岩资源孔位选址及开发前景分析

干热岩作为重要资源的组成部分,以其清洁、稳定、可再生的资源优势及巨大的高温发电潜力,越来越受到关注。我国干热岩研究尚处于起步阶段。在分析研究国内外干热岩开发利用工程的基础上,初步建立了干热岩区块评价指标,分析了马头营区干热岩开发潜力。以马头营凸起区干热岩科学钻探为例,从热、储、盖等方面分析了区内干热岩钻探选址的原则,建立了孔位地区干热岩系统概念模型。     

济阳坳陷灰岩热储分布特征及资源潜力评价

利用钻井、测井、试油等油气勘探资料,对济阳坳陷灰岩潜山的构造演化、热储分布、地热资源形成条件等方面进行了综合分析,明确了该区灰岩潜山热储的成因类型为沉积盆地传导型,热储层主要为北东向潜山新近系覆盖的基岩凸起区寒武系-奥陶系。地热水主要为可更新性差的沉积埋藏水,腐蚀性和结垢性较强。热储法计算结果表明研究区地热资源量10.75×109 GJ,可采地热资源量1.61×109 GJ。     

济阳坳陷古生代灰岩油气藏的分布与形成

济阳坳陷继第三系发现和探明大量油气藏后，近年还在古生界寒武、奥陶系海相灰岩中找到许多潜山油气藏，可分为三种类型，分布在坳陷的不同构造部位。     

不同润湿性砂岩孔隙度与含油饱和度的定量关系

通过实验的方法，测定了济阳坳陷、东濮坳陷及吐哈盆地1172个含油砂岩样品的润湿性、孔隙度以及最大含油饱和度，对这些数据的统计分析表明，不同润湿性砂岩孔隙度与最大含油饱和度大致存在线性定量关系。     

全国地热资源调查评价与勘查示范工程进展

地热作为一种清洁能源,在我国经济发展与能源转型过程中正发挥着越来越重要的作用。“全国地热资源调查评价与勘查示范工程”自实施以来,主要开展了京津冀地区地热资源评价以及东南沿海和青藏高原东部干热岩的勘查等工作。这些工作的开展在获得一系列科研突破成果的同时,也解决了大量地热开发的工程问题,积累了大量成果和经验。该文对工程取得的进展及成果进行了总结,对工作开展中出现的问题进行了探讨,可用于指导我国地热资源勘查开发工作。     

济阳坳陷古近纪的古气候区分析

古气候分区是古湖泊学研究的一个重要方面,对古湖泊生产力和有机质的保存有重要影响.本文尝试利用孢粉、沉积地球化学、沉积学等手段,根据不同气候带冷热干湿组合和碳酸盐矿物δ18O与古气候干湿对应关系,结合古风向,来恢复济阳坳陷古近纪的古气候分区.分析结果表明济阳坳陷在沙河街组沉积时孢粉组合表现出温暖与湿润、寒冷与干燥同步,碳酸盐矿物δ18O增高与古气候干旱同步的规律,东营组孢粉组合则表现为寒冷与湿润同步,碳酸盐矿物δ18O增高与古气候湿润同步的规律.这些特征揭示出,在沙河街组沉积时期,济阳坳陷主要处于东亚季风气候区;在东营组沉积期,济阳坳陷则更多地处于西风带的控制下.此外,古近系碳酸盐礁滩、碎屑浅滩的沉积规律也表明,济阳坳陷在沙四上-沙一段沉积时期盛行东亚季风.湖相优质烃源岩主要发育于季风气候带中由干冷向暖湿过渡的时期.     

我国东南沿海干热岩赋存前景及与靶区选址研究

干热岩资源是未来重要的清洁型能源,干热岩资源靶区选址是进行干热岩资源开发利用最基础的工作。本文在综合国内外相关干热岩开发项目的基础上,系统总结了干热岩选址的地热地质学指标,并对我国东南沿海地区的干热岩赋存背景进行论述,选取了广东阳江新州、广东惠州黄沙洞、雷琼断陷盆地、海南陵水等几个地区作为我国东南沿海干热岩开发的重点潜力靶区,在综合分析各靶区深部地热地质背景、深部热异常的基础上,建立了研究区深部温度场模型,进行了干热岩资源靶区选址对比研究,对下一步优先勘查靶区及勘查方案提出了建议。     

基于开挖的增强型地热系统概述

地热能赋存于地球内部岩土体、流体和岩浆体中,是一种永久的、可再生的、储量丰富的清洁能源。地热能的开发,尤其是干热岩的开发利用,有可能成为解决人类未来能源危机的重要途径。目前采用的干热岩开采方法被称为增强型地热系统(EGS)。热储地质环境的复杂性和水力化措施对天然裂隙的依赖性,造成多数的EGS项目存在热储体积和换热面积不足、工质流量小、终端温度低,以及诱发地震风险等局限性,致使干热岩开发始终未能大规模商业化。基于开挖的增强型地热系统(EGS-E)的提出为突破传统EGS的技术弊端和规模局限提供了新思路。文章在其概念模型的基础上,从系统原理、工程构想、技术优势等方面对EGS-E进行了更详尽的阐述。EGS-E采用开挖、爆破、崩落等采矿技术,形成了独特的热储致裂系统和热能交换系统,能够大幅度降低地质环境对热储质量的限制,具备构建定制的热储空间、形成充足的换热面积,维持稳定的工质流量与温度及减少诱发地震风险等优势,为干热岩开发的商业化提供了新的解决方案。     

增强型地热系统:潜力大、开发难

文中讨论了为什么要开发干热岩地热资源?什么是干热岩系统和增强型地热系统?中国干热岩系统的潜力,如何发展中国的EGS以及我们可供考虑的建议。随着常规能源的不断消耗,可再生能源日益受到人类的青睐。在可再生能源中,地热能的容量最大,地热发电提供的是基本负荷,但是由于诸多因素,开发滞后。尤其是对潜力大、开发难的增强型地热系统,中国更是从研究到开发,都刚刚起步。如果地热发电的规模要超过风能及太阳能等其他新能源,不能仅靠水热型地热系统的开发利用,而必须重视和利用干热岩资源,大力研发增强型地热系统。中国干热岩系统的潜势如何呢?中国科学院地质地球物理研究所利用921个大地热流数据编制了《中国大陆地区新版热流图》以及3~10km深处不同深度温度分布图,计算了不同深度干热岩地热资源量,总数为2.09×107 EJ;其中主要分布在青藏高原,占全国总资源量的五分之一。作者们认为,干热岩资源的开发和增强型地热系统的建立是一个系统工程,地热资源的开发是一项风险投资,亚经济型的EGS风险更甚。国家必须统一安排和投资。工程项目必须学习国外的经验和吸取开发的教训。要选择关键地区进行试验和研究。作者们建议可考虑选择羊八井地热田的北部作为试验地区。     

中国地热资源现状及发展趋势

中国地热资源禀赋良好,分布广泛且具有明显的规律性和地带性。本文系统总结了国内取得的地热资源勘查开发成果:浅层地热能资源在全国范围内普遍分布,我国336个地级以上城市规划区范围内浅层地热能资源年可开采量折合标准煤7亿吨;水热型地热资源年可开采量折合标准煤19亿吨;干热岩远景资源量折合标准煤856万亿吨。阐明了有代表性的水热型地热资源成因机制和干热岩资源成藏模式。地热开发利用技术发展迅速,浅层地热能和水热型地热资源利用量逐年攀升,但在地热资源成藏模式研究、勘查开发及管理利用等方面仍有亟须突破的技术瓶颈和需要改进的环节。文章分析了存在问题并提出了我国地热发展战略路线,下一步应加强热源机理与控热构造研究,推进地热探测技术和开发利用示范,开展重点地区浅层地热能、水热型地热资源勘查评价,完善干热岩勘查开发技术体系,推动地热产业健康有序发展。     

中国地热资源及其潜力评估

笔者在阐述中国地热资源特征的基础上,针对中国不同类型的地热资源,采用不同的计算方法对浅层地热能、水热型地热资源和干热岩地热资源进行了潜力评估。结果表明,中国287个地级以上重点城市浅层地热能为2.78×1020J,每年浅层地热能可利用资源量为2.89×1012kWh;中国主要平原(盆地)沉积盆地地热资源储量为2.5×1022J,可开采资源量为7.5×1021J;中国温泉区放热量共计1.32×1017J,可采资源为6.6×1017J/年;中国大陆3.0~5.0 km深处干热岩资源总计为2.5×1025J,是中国目前年度能源消耗总量的2.6×105倍。     

中国大陆干热岩地热资源潜力评估

内蒙古中部地区处于板块结合部位,经历了多期构造活动和岩浆活动,浅层水热型地热资源丰富,但对其深部干热岩地热资源仍缺少深入研究。基于区域地质与构造背景、大地电磁探测结果与地热异常显示,系统探讨内蒙古中部地区干热岩地热资源成因机制与地球动力学过程,建立干热岩成因模式。研究表明：内蒙古中部地区深层干热岩型地热资源的热源主要为深部局部熔融体和残余高温岩浆囊,热流通道包括板块缝合带、区域深大断裂带及其交汇部位、次级断裂及塑性流变韧性剪切带等壳内薄弱层;干热岩储层主要为新生代基性侵入岩,即辉绿岩和辉长岩体,被高温岩浆和侵入体加热的花岗岩类也可作为研究区潜在干热岩储层;干热岩区域性盖层为白垩系、新近系和第四系沉积地层。西伯利亚板块与华北克拉通板块之间的大陆碰撞、拼合,形成易于破坏的碰撞带,晚中生代−新生代以来的古太平洋板块对华北板块的西向俯冲作用,导致岩石圈底部熔融,岩石圈伸展、减薄,地幔软流圈热物质上涌,并伴随强烈的新生代断裂与断陷活动,共同导致晚中生代−新生代岩浆、火山活动强烈。内蒙古中部地区存在3种聚热模式：Ⅰ. 新生代辉绿岩、辉长岩储层高温干热岩系统,为研究区优势干热岩储层;Ⅱ. 新生代以前花岗岩储层中高温干热岩系统,为潜力干热岩储层;Ⅲ. 浅部碎屑岩、花岗岩或变质岩储层水热系统,为浅层水热型优势储层。内蒙古中部地区浅部高温水热型地热系统与深部干热岩地热系统存在同源共生关系,浅层高温异常区的圈定对于深部干热岩的发现具有重要的指示意义。

     

青海省共和县恰卜恰干热岩体地热地质特征

基于地热地质、综合地球物理勘查成果等布孔依据,实施的GR1干热岩勘探孔位于共和县恰卜恰干热岩体中南部,是迄今我国钻遇地层温度最高的干热岩勘探孔,为我国首个EGS示范工程与科研试验平台建设奠定了基础。GR1孔测温结果表明,2500 m深处温度为150℃,进入干热岩段;终孔深度3705 m处的井底温度为236℃。2500~3705 m井段平均地温梯度为71.4℃/km,高于另3眼干热岩勘探孔;2800~3705 m井段地温梯度大于80℃/km,属中等品质以上干热岩。综合地球物理勘查与4眼干热岩勘探孔钻探结果表明,该干热岩体埋深2104.31~2500 m,面积246.90 km²;干热岩资源评价结果表明,3~5 km深度范围,100年内的潜在发电装机容量为3805.74 MW,以2%的采收率计,装机容量为76.11 MW;3~6 km潜在装机容量为7788.26 MW,以2%的采收率计,装机容量为155.77MW;3~7 km潜在装机容量为13639.25 MW,以2%的采收率计,装机容量为272.79 MW。     

美国干热岩"地热能前沿瞭望台研究计划"与中美典型EGS场地勘查现状对比

美国能源部正在实施干热岩“地热能前沿瞭望台研究计划”(FORGE计划)。它是以经典干热岩定义的干热岩勘查开发为约束,通过增强型地热系统(EGS)示范工程建设实践,形成新一代EGS试验平台。美国本着“可复制的结果=巨大的潜力”的理念,实现干热岩勘查开发技术新突破,以满足美国1亿家庭绿色电力供应为实际应用目标。中美典型EGS场地勘查现状对比结果表明：犹他州米尔福德与青海省共和县恰卜恰两个典型EGS场地具可比性,大致处于“并跑”的水平;在天然裂隙系统、原位地应力场、压裂参数获取与压裂方案制定等方面,米尔福德EGS场地有所超前。据此建议有关部门加快青海省共和县恰卜恰EGS场地进入勘查开发阶段,以提高我国干热岩勘查开发技术水平,早日实现EGS工程化。     

桂东南地区干热型地热资源潜力分析

干热岩作为地热资源的重要组成部分,被视为未来的清洁能源,极具开发前景和研究价值。文章以桂东南潜在的干热岩为研究对象,通过基础地质、地球物理和地球化学资料的二次开发和实地考察,对区域构造-岩浆-沉积建造系统、岩石圈结构、现今地热场特征和地震、温泉分布规律等进行综合分析,旨在初步探讨桂东南地区干热型地热资源的潜力。结果表明:桂东南地区岩石圈较薄,分别在25 km之上和6~8 km处存在厚约6 km和2 km的双层低速层/带,指示滑脱型韧性剪切和高温地质体的存在;印支期花岗岩提供稳定的放射性生热物质基础(U含量均值5.41×10^-6,Th含量均值18.38×10^-6,K₂O含量均值4.43%),新生代火山活动(OIB)在补给大量地热能的同时,为深部热物质上涌提供通道;桂东南地区现今地热存在明显异常,大地热流值介于80~100 mW/m²,北海-南宁地温梯度值高于30 ℃/km,钦州、合浦中-新生代断陷盆地因沉积盖层裂隙度、孔隙度和导热率低且圈闭性好而属于干热岩地热资源丰富区。对桂东南干热型地热资源潜力的研究,将为广西能源结构调整、生态环境优化和产业转型升级助力。     

中国典型干热岩潜力区的地热深井部署

我国干热岩开发研究领域起步晚,在深部地质、地热、水文地质、钻探、地球物理等多方面存在难题。高温深井钻探的难度大、投资高和风险大,布井是高温地热资源开发需解决的首要问题。科学布井可以降低钻探难度、风险和投资。干热岩试验靶区遴选结果显示:羊八井、腾冲、漳州等为我国典型干热岩开发潜力区。但我国干热岩地热深井钻探超前于基础理论研究,钻探存在盲目性、低效性和不确定性。本文对上述3个典型干热岩潜力区的地热深井布署条件做了分析,其结果具有重要理论价值和实践价值,可促进我国干热岩开发研究。