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地学文献中心跟踪分析国外干热岩研发和工程示范工作

来源:地调局地学文献中心 发布时间:2019-09-30

干热岩(HDR)是指埋藏于地球深部,内部不存在或仅存在少量流体,温度高于180oC的异常高温岩体。干热岩的岩性主要是致密变质岩或花岗岩。增强型/工程型地热系统(EGS)是开发干热岩型地热能资源的有效手段,其通过水力压裂等储层刺激手段将地下深部低孔、低渗岩体改造成具有较高渗透性的人工地热储层,并从中长期经济地采出相当数量的热能并加以利用(如发电)。

自然资源部中国地质调查局地学文献中心围绕国外主要的干热岩研发和工程示范工作开展了较为系统深入的跟踪分析工作,认为欧盟、美国等国家和地区对利用干热岩这种清洁可再生的资源进行发电的能源安全保障能力抱有巨大的期望并以政府名义给予了巨大的资金支持,值得我国干热岩开发利用示范工作借鉴参考。

美国能源部作为美国地热能研发政府投入的主要管理者,致力于与工业界、学术界和美国能源部国家实验室合作开展研究、开发和示范工作,建立新型且具成本竞争力的技术装备体系,促进美国地热能产业的发展,增强美国能源安全保障能力。该办公室近年获得的联邦预算逐年增加,从2014财年的约4500万美元增长至2019财年的约8400万美元。重点关注的领域包括水热型地热能资源、干热岩型地热能资源、低温和伴生型地热能资源、系统分析。其中,对干热岩型地热能资源领域的资金投入比重超过了50%。

美国能源部为了促进干热岩型地热能资源的产业化开发利用,分别从2014年和2016年组织实施了地热能前沿瞭望台研究(FORGE)计划和增强型地热系统联合实验室(EGS Collab)项目。其中,FORGE计划旨在建立一个大规模的现场实验室来开展干热岩型地热能资源的前沿研究以及钻探和技术测试,以形成可降低工业开发风险和促进干热岩型地热能资源产业化开发利用的严谨、可复制的方法;EGS Collab项目旨在利用成熟的地下实验设施提高对岩体压裂响应的认识以及提供中等规模的实验平台来验证热-水-力-化学(THMC)耦合模拟方法以及新型监测工具。

美国联邦政府资助下的干热岩型地热能资源研发工作表明,尽管干热岩型地热能资源的潜力巨大,但对其的开发面临巨大的技术挑战,一是对不同岩石类型和不同应力状态下可有效建造裂隙以连通多口井的技术的认识不足;二是无法以单组裂隙的分辨率来成像/监测储层尺度的渗透率增加和变化;三是可有效对EGS条件下的多级储层建造的层间封隔技术有限;四是缺少可控制快速流动通道和早期热突破的层间封隔技术;五是缺少可长期科学维护和管理EGS储层的技术。

除了上述面临的技术挑战,美国能源部EGS Collab项目已有工作进展中的经验教训还包括:采用和测试了一系列可能用于干热岩的原位储层表征方法,如微震监测、持续性主动源地震监测、电阻率层析成像、分布式光纤传感器测量和示踪剂测试;尽可能全面地获取附近区域内已有的地质、地球物理和钻孔资料等;需要通过对实际场地回收的岩心样品的实验室测量进一步提高对岩石特性等的认识;通过测量获取的数据的数量和质量对研究和模型构建工作至关重要,一方面应尽可能地优先处理有用数据以辅助决策相关工作的进一步实施和调整,另一方面应建立相应的数据存储库来促进更为深入和广泛的分析研究。