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我国干热岩的发展前景

  习近平总书记在中国共产党第十九次全国代表大会上的报告指出“推进绿色发展,加快建立绿色生产和消费的法律制度和改革方向,建立健全绿色低碳循环发展的经济体系。构建市场导向的绿色技术创新体系,壮大节能环保产业、清洁生产产业、清洁能源产业。推进能源生产和消费革命,构造清洁低碳、安全高效的能源体系。”中国煤炭地质总局作为国家能源资源勘查的主力军,积极学习领会十九大报告精神,谋划落实发展高效清洁能源勘查工作的方案措施。勘查研究总院积极贯彻落实党的十九大精神和总局的部署,就我国干热岩勘查开发前景作简要分析。

一、国家高度重视和强力推进干热岩开发利用

  党的十九大作出的一系列重大决策部署,为扎实推进经济持续健康发展,大力发展高效清洁能源产业,坚持走绿色低碳循环发展的新路子提供了有力遵循。国家高度重视和强力推进干热岩资源开发利用,大力发展清洁能源,优化能源消费结构,提高能源利用效率,陆续出台了多项支持政策和推进措施,为干热岩的勘查开发提供了良好的政策环境。2017年,政府相关部门出台的《地热能开发利用“十三五”规划》明确提出,在“十三五”时期,开展干热岩开发试验工作,建设干热岩示范项目,通过示范项目的建设,突破干热岩资源潜力评价与钻探靶区优选、干热岩开发钻井工程关键技术及干热岩储层高效取热等关键技术,突破干热岩开发与利用的技术瓶颈;开展万米以浅地热资源勘查开发工作,积极开展干热岩发电试验。

二、干热岩勘查开发意义重大

  干热岩作为一种清洁安全高效的能源资源,其开发利用有利于增加清洁能源供给,优化能源结构,提高能源综合利用效率,建立多元供应体系,对保障国家能源安全有着重要意义。我国干热岩资源量巨大,初步估算3~10千米深处干热岩资源总计为2.5×1025J,相当于856万亿吨标煤;若能采出2%,即相当于中国2014年全国一次性能耗总量(42.6亿吨标煤)的4040倍。干热岩开发过程中基本不会对自然生态环境造成影响,干热岩发电技术可大幅降低温室效应和酸雨对环境的影响,且不受季节、气候制约,可以有效取代煤炭、石化能源消耗,有效保护生态环境。干热岩开发成本低,将来利用干热岩发电的成本仅为风力发电的一半,只有太阳能发电的十分之一。

三、我国干热岩资源勘查开发研究现状

  国际上干热岩的勘查开发已有30多年的研究历史,目前美国、法国、澳大利亚、德国、日本等国家均已实施了干热岩开发工程。我国干热岩资源勘查工作起步较晚。2007年中国能源研究会地热专业委员会与澳大利亚Pet r a t her m公司开展了“中国工程型地热系统资源潜力的研究”国际交流项目,开展了干热岩初步调查、分析测试、模型研究等工作。2009年11月底到12月初,中国能源研究会地热专业委员会和中国地质环境监测院组团,对南澳大利亚Cooper盆地的干热岩开发利用现场进行了实地考察。2012年,中国地质调查局启动了“全国干热岩资源调查评价与示范靶区研究”项目,评价了我国陆区3~10千米的干热岩潜力,资源量达856万亿吨标准煤。编制了1∶5000000全国大地热流分布图、全国居里面埋深等值线图、全国酸性岩体分布图、全国控热构造图。提出了我国四种类型的干热岩靶区,为干热岩勘查开发奠定了基础。2013年,国土资源部在青海共和盆地中北部钻成了井深2230米、井底温度达153℃的干热岩井,对干热岩地热开发进行了探索试验,后续钻获3705米深处236℃的高温干热岩体。2013—2014年,我国制定了《全国干热岩勘查与开发示范实施方案》,初步评价全国干热岩地热资源与潜力,将我国干热岩按照成因机制不同划分为高热流酸性岩体型、强烈构造型、沉积盆地型和近代火山型四种类型。2014年启动了大型盆地和东南沿海典型地区深部水文地质调查项目,完成了福建、广东、海南、湖南四个省的干热岩资源潜力评价与场地选址工作,圈定了福建漳州等干热岩开发靶区,施工了我国首个4000米干热岩科学钻探,在干热岩勘查方面积累了丰富的理论和技术经验。2016年,山东省地矿局承担“山东半岛蓝色经济区干热岩资源潜力调查评价”项目,在文登施工ZKCW 01钻孔,孔深1240米处测得岩石温度110℃。该钻孔终孔深度2000.76米,实测孔底温度为114.12℃,是目前中国东部干热岩勘探钻孔的最高温度。2017年,政府相关部门出台的《地热能开发利用“十三五”规划》明确提出了突破干热岩开发利用的关键技术瓶颈,开展万米以浅地热资源勘查开发工作及干热岩发电试验。2017年5月,国土资源部启动行业标准制定科研专项“《干热岩地质勘查技术要求》制定研究”,为干热岩勘查开发提供技术支撑和规范要求。

  目前,干热岩开发尚存多项技术难题,国外也没有成熟的理论技术可借鉴,亟须多学科联合攻关,对干热岩开发中的关键技术进行深入研究。主要包括基础性研究、钻完井技术、压裂及人工造储技术、热交换及热能提取技术。基础性研究主要包括干热岩多场耦合理论,高温岩体的破岩机理,热-流-固多场耦合作用下井眼围岩系统的稳定性机理,多场耦合下干热岩的变形、破裂与裂隙延伸机理及热交换机理与效率模型等;钻完井技术需要研究干热岩井身结构、破岩技术、轨迹控制技术、围岩稳定性控制技术、高温钻井液、套管热稳定性技术、高温测量仪器、地面钻井液冷却及防喷装备;压裂及人工造储主要研究裂缝与延伸控制技术、后期温度变化特征与缝网变化预测、垂直裂缝压裂设计及裂缝分布监测。人工造储要满足热量的提取与热系统的寿命、保证流体的提取温度和效率、降低能耗和循环损失三个技术要求;热交换及热能提取技术主要研究裂缝导流能力作用机制及主控因素、流体在复杂裂隙中的流动规律、热交换流体选择及交换效率等方面。

  与其他可再生能源相比,干热岩资源具有资源量大、利用系数最高和生命周期二氧化碳排放最低的优势。在党中央、国务院大力推进绿色发展的战略部署下,开发利用干热岩资源,填补能源供需缺口,符合我国建设环境友好型社会的基本方针,符合国家大力发展清洁能源及绿色环保产业的政策导向。同时,积极发展储量巨大的干热岩资源产业,将为我国能源安全提供坚实有力的保障。在总局“11463”总体发展战略部署及技术指导下,勘研总院积极参与行业标准制定科研专项“《煤炭与煤层气综合勘查技术要求》制定研究”,并将干热岩勘查开发作为今后重点研究方向之一,特别是对干热岩开发中的关键技术开展深入研究,力争突破干热岩开发利用过程中的关键技术瓶颈,为推进干热岩勘查开发工作贡献力量。

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