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稳步推进增强型地热系统(EGS)开发示范场地优选,为形成未来商业化开发所需科学理论认识和技术方法奠定扎实基础

美国能源部地热能前沿观测研究计划(FORGE)进展

来源:地调局地学文献中心 作者:张炜 姜重昕 发布时间:2018-04-13

2015年,美国能源部地热技术办公室负责管理的地热能前沿观测研究计划(Frontier Observatory for Research in Geothermal Energy,FORGE)的第一阶段启动。FORGE计划旨在建立一个地下实验室来开展增强型地热系统(EGS)的前沿研究,并建立建设大规模、经济可持续和商业化的EGS所需要的技术。该计划的所有研发工作将集中于加强认识控制EGS成功与否的关键机理、如何在基岩地层中建立和维护裂缝网络。将利用这些认识来设计和测试建立大规模且经济可持续的热交换系统的方法,形成可降低工业开发风险和促进EGS商业化的严谨、可复制的方法。研发工作包括但不仅限于创新型钻井技术、储层压裂技术、以及井连通性和流动测试。

FORGE计划由三个阶段构成。第一阶段于2015年启动,由5个团队分别在加利福尼亚州、爱达荷州、内华达州、俄勒冈州和犹他州选择候选场地。这五个团队花了一年时间来证实候选场地的可靠性,并表明团队具备满足FORGE计划目标和制定第二阶段计划的能力。2016年夏季,美国能源部组织专家对上述团队的工作进行了审查。根据审查结果,桑迪亚国家实验室(内华达州的FORGE场地)和犹他大学(犹他州的FORGE场地)被选中进入第二阶段。在该阶段,研究团队将获取新数据,以更好地刻画地下特征、获得所有必需的许可、以及制定针对诱发地震的缓解计划。美国能源部地热技术办公室计划于2018年春季从中选择一个场地进入第三阶段,来自工业界、学术界和国家实验室的合作伙伴将有机会在该场地针对关键研究领域(如储层特征刻画、改造和维护)开展创新性的研发工作。截至目前,两个团队均基本完成了第二阶段的主要工作任务,包括环境影响评价,地面微地震监测台站的部署,基于地震、地质分析和模拟的综合场地特征刻画,诱发地震缓解计划的制定,基于钻探的全面场地特征刻画。

FORGE计划对理想场地的要求主要包括:

(1)目标储层经过良好的特征刻画且温度范围在175oC至225oC之间;

(2)具有10-16 m2量级的适当渗透率,低于典型可供开发天然水热型地热系统的上限;

(3)目标储层的深度应介于1.5 km至4 km之间,以在避免钻探新井产生高额成本的同时满足EGS建造和新技术研发所需要的应力和温度特征;

(4)一定不能位于已开发水热型地热田的区域内;

(5)如果可以的话,尽量不要对目标储层的上覆沉积地层单元进行激发或流体循环。

2017年,中国地质调查局和青海省国土资源厅共同组织实施的青海共和盆地干热岩勘查项目在共和盆地3705 m深度处钻获236oC的高温干热岩体。这是我国首次钻获埋藏最浅温度最高的干热岩体,实现了我国干热岩勘查的重大突破。此外,采用地球物理、地球化学、放射性调查等综合技术手段圈定了面积达3000 km2的干热岩体分布区并估算了远景资源量。在广泛、深入的干热岩资源勘查与评价的基础上,为促进对可持续、可再生和清洁的干热岩资源的开发利用,尽早部署实施干热岩(EGS)开发示范工程十分必要,因此美国能源部针对EGS场地规模实验的FORGE计划值得借鉴和参考。

yw36附图