增強地熱系統(tǒng)EGS的人工熱儲技術

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1、增強地熱系統(tǒng)EGS的人工熱儲技術時間:2009-12-1511:28來源:期刊作者:康玲,王時龍,李川點擊:272次論文摘要：分析了增強地熱系統(tǒng)、干熱巖發(fā)電原理，研究了系統(tǒng)建立人工熱儲的關鍵技術，包括人工致裂、監(jiān)測、裂隙網(wǎng)絡的連通、封閉水流循環(huán)、熱儲系統(tǒng)建模等。最后分析了芬頓山、Hijiori、蘇爾士大型試驗站的人工熱儲應用實例。論文關鍵詞：增強地熱系統(tǒng)；干　　　　論文摘要：分析了增強地熱系統(tǒng)、干熱巖發(fā)電原理，研究了系統(tǒng)建立人工熱儲的關鍵技術，包括人工致裂、監(jiān)測、裂隙網(wǎng)絡的連通、封閉水流循環(huán)、熱儲系統(tǒng)建模等。最后分析了芬頓山、Hijiori、蘇爾士

2、大型試驗站的人工熱儲應用實例?！　≌撐年P鍵詞：增強地熱系統(tǒng)；干熱巖；地熱發(fā)電；人工熱儲　　一、引言　　地熱資源作為世界各國蕈點研究開發(fā)的可再生清潔能源，分為水熱型、地壓型、巖漿型和干熱巖型，同前世界上主要開采和利用的是水熱型地熱，僅占已探明地熱資源的10％左右。20世紀70年代，美國losAlamos國家實驗窒在新墨兩哥州的芬頓山，開始世界上最早的干熱巖(HotDryRock，HDR)研究，即開采深埋于距地表(4-6)km深處的花崗巖、花崗閃長巖等，溫度在(150-650)℃之間的十熱巖。保守估討地殼中干熱巖所蘊含的能量卡H當于全球所有石油、天然氣

3、和煤炭所蘊藏能量的30倍?！　「蔁釒r法近幾年由美國等國改進為增強地熱系統(tǒng)(EnhancedGeothermalSystems。EGS)，擴大了研究范圍，利用傳統(tǒng)水熱型或干熱巖資源，提高巖石滲透率，以及在干巖或缺水系統(tǒng)中的含水量。任何地方在容易接近的深度(5-10)kin的巖石中都可以發(fā)現(xiàn)大量的熱，甚至在沒有水的地方，在全世界范圍都有重大潛力，采用EGS技術，旨在人T獲取更多地熱。　　我國在增強地熱系統(tǒng)(或干熱巖、高溫巖體)領域，只有很少的理論研究，存在大量的空門領域。增強地熱系統(tǒng)或干熱巖技術的關鍵在于在滲透率極低的高溫巖石下建立人工熱儲，本文進行其

4、技術的初探。　　二、增強地熱系統(tǒng)原理　　增強地熱系統(tǒng)或干熱巖系統(tǒng)，是一個閉環(huán)系統(tǒng)，由兩個子系統(tǒng)組成，如圖1所示?！　〉谝粋€子系統(tǒng)是地下熱儲層的開發(fā)建造，即從地下深埋的巖石獲取地熱，通過注水弗將冷水加壓等致裂方法建立高滲透性的裂縫體系(人工熱儲)，冷水流過熱儲，滲進巖層縫隙吸收熱量，再通過牛產(chǎn)井將溫度達200℃以上的水或蒸汽提取到地面。第二個子系統(tǒng)是熱水采出后地面發(fā)電供熱系統(tǒng)，即將高溫水采用二元發(fā)電裝置，如用低沸點二次工質的有機朗肯循環(huán)，或用氨／水混合物作二次工質的卡里納循環(huán)，帶動渦輪機發(fā)電，而冷卻后的水則被再次注入地下熱交換系統(tǒng)循環(huán)使用。整個過程是

5、在一個封閉的系統(tǒng)內進行?！　≡谠鰪姷責嵯到y(tǒng)中，注水井和生產(chǎn)井數(shù)量根據(jù)不同的具體情況而異。井的配置方式有幾種：一口注水井和一口生產(chǎn)井(兩幾井模式)，一口注水井和兩口生產(chǎn)井(三口井模式)，一口注水井和四口生產(chǎn)井(五口井模式)。根據(jù)各國試驗站經(jīng)驗，一般采用三口井模式，沿熱儲構造長軸方向布置注水井，在注水井的兩側各鉆一口生產(chǎn)井，保證獲取足夠的熱量。如果應用于大規(guī)模的發(fā)電站（對于干熱巖發(fā)電更具體的技術資料請參考：《干熱巖在地熱發(fā)電中的應用》），采用五口井式或更多?！　∪⑷斯醿Φ年P鍵技術　　在地熱資源中，熱儲豐要指滲透性良好的孔隙、裂隙巖層以及斷裂裂隙系統(tǒng)

6、。地熱資源事要取決于地熱梯度(地F深度和溫度關系)，熱儲儲水庫巖石滲透率和裂隙，及含水量。如果在一定深度內有充足的熱能、滲透率，足可以獲取地熱能的。地球蘊藏了豐富的熱能，但是由于地理結構巖石斷裂的密封，致使?jié)B透率低，含水量少或無水。我們不能增加熱能，但可以人工提島熱儲含水量和滲透率，從而更多地獲取豐富的地熱資源，這是實施增強地熱系統(tǒng)、建立人工熱儲的目的。專家預測到2020年，建立人工熱儲儲水庫的增強地熱系統(tǒng)將提供世界發(fā)電量的(5～lO)%?！　?．1人工熱儲的致裂　　致裂是建造熱儲層的關鍵之一，常用方法有水壓致裂、化學致裂和爆破敏裂，使巖石裂隙打開

7、、延伸并相交，形成相連的裂隙網(wǎng)，類似于天然的地熱熱儲水庫。通常采用的提高巖石滲透率的方法是水壓致裂，即通過注入一定體積的水，高J壓使巖石致裂。進行致裂前需做地應力研究，包括主應力強度、方位；進行致裂時采用微震監(jiān)測熱儲裂隙狀況。一般在已自j裂隙基礎上進行人上致裂，最終形成的人工熱儲裂隙問距，取決于最初天然裂隙的間距。　　3．2熱儲的監(jiān)測　　在熱儲形成過程中，通過注水巖石體發(fā)生微小的移動，從而引起低頻壓力波，與地震情況類似。因此可以在井附近鉆一個淺孔，設置微震監(jiān)測系統(tǒng)，采用高精度的地震檢波器，采集大雖波形信號數(shù)據(jù)經(jīng)處理，繪制熱儲系統(tǒng)的形狀、結構和方位，

8、進而確定人工熱儲構造的空間三維分布。采用微震技術監(jiān)測熱儲擴張情況，并將各井裂隙相連通。監(jiān)測處理的信息還可用來指導鉆生產(chǎn)井，