地热 - 我干热岩资源科技攻关进入新阶段
我干热岩资源科技攻关进入新阶段

 

地热  加入时间:2019-7-11 15:38:55  来源:中国化工报  
 

地热能源储备宝库揭开面纱

630日,环渤海(唐山海港)干热岩地热资源勘查工作阶段成果发布暨干热岩开发研究示范基地建设学术研讨会在石家庄召开。我国地热专家发布了环渤海(唐山海港)干热岩地热资源勘查工作阶段成果。

专家认为,该区域干热岩资源储量大、温度高、埋藏浅,是目前京津冀地区钻获埋藏最浅的干热岩,实现了我国中东部地区干热岩勘查的重大突破。一个储量大、温度高、埋藏浅的地热能源储备宝库揭开面纱,这对于京津冀乃至环渤海地区的干热岩勘查工作将具有重要的借鉴意义。

前景广挑战多

据国家能源局发布的相关行业标准NB/T 10097-2018《地热能术语》中规定:干热岩是一种不含或仅含少量流体、温度高于180,其热能在当前技术经济条件下可以利用的岩体。

十九大报告中明确提出,推进能源生产和消费革命,构建清洁低碳、安全高效的能源体系。干热岩作为极具开发前景的战略性清洁能源,经过40多年的探索与研发,商业开发前景广阔。

在发布会上,中国地质科学院水文地质环境地质研究所研究员王贵玲介绍说,保守估计,地壳中干热岩(3~10千米深处)所蕴含的能量相当于全球所有石油、天然气和煤炭所蕴藏能量的30倍。而我国干热岩的储量达到17万亿吨,储量可用4000年。

据介绍,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。利用干热岩发电的成本仅为风力发电的一半、太阳能发电的十分之一,是一种十分清洁的新能源。

自上世纪70年代美国在芬顿山开始第一次干热岩开发现场试验开始,世界范围内已建立实验性质的EGS(国际工程项目的服务合同)工程31项,累积发电能力约12.2MW。尽管美、法、德、日、英等国在干热岩开发方面取得了一定的进展,但总体上世界干热岩的开发仍然处于试验和示范阶段,尚未实现商业化开发。

我国首次发现大规模可利用干热岩资源于青海省共和盆地。2011~2017年,中国地质调查局、青海省国土厅在共和地区共钻地热勘查井7口。如今,青海共和盆地干热岩地热能开发试验取得重大进展,圈定出共和、达连海和贵德等14处隐伏干热岩体;在共和盆地外围圈定出同仁县兰采、海东市三合镇同德和倒淌河4处干热岩远景区,总面积达3092.89平方千米。

近年来,我国干热岩已成业界关注热点,不少企业看好其前景,纷纷尝试开发。据悉,我国早在9年前就开展了干热岩勘探开发关键技术攻关,2010年原国土资源部公益项目我国干热岩勘查关键技术研究2012年国家科技部863项目干热岩热能开发与综合利用关键技术研究等,均加快了我国干热岩的技术开发步伐。

据中国工程院院士、国家地热能中心指导委员会主任曹耀峰介绍,与国外相比,我国干热岩资源技术研发起步较晚,尚属起步阶段,国内部分高校和科研院所在基础理论和试验方面做出了一些探索性研究工作。国内干热岩的钻探仅限于获取干热岩的温度、岩性、埋深、分布范围等基础资料,压裂改造工作未取得实质性进展。

目前,国内在尝试的干热岩项目主要有:福建漳州地热田,井深4000米,井底温度109,未达到干热岩的标准;海南省澄迈县干热岩井,井深4550米,井底温度达到185,属于干热岩井;黑龙江松科二井,井深7018米,井底温度241,达到干热岩标准,是目前国内井底温度最高的井;青海共和贵德盆地,GR1GR2ZR2DR3DR4等多口井,井底温度均超过180,最高达到236,属于优质干热岩。

攻坚项目正式启动

64日,中国石化集团公司承担的青海共和GR1井作业开工,标志着由中国地质调查局、青海省政府、中国石化共同合作的青海共和干热岩科技攻坚项目正式启动。

承担施工任务的胜利石油工程井下作业公司西部钻修工程部侧钻15队,在不到半个月的时间内,圆满完成设备搬迁、现场布置和设备摆放等任务,打造出全新标准化井场,为GR1井项目开工做好了充分准备。

64日至18日,现场施工人员克服青海共和3000多米高海拔地区恶劣的自然条件,不断优化施工方案,调整作业参数,历经11趟钻,累计捞获落井钢丝4354米,通井井深达3629米,为下一步测井和压裂作业创造了良好条件。GR1井的打捞成功,对于中国石化干热岩技术体系的实践应用和理论完善,起到了实质性的推动作用。

据曹耀峰透露,根据中国石化干热岩产业开发规划,到2020年要通过技术攻关,形成具有国际先进水平的干热岩勘探开发利用技术系列,并在资源评价的基础上优选1~2个国家级EGS现场试验基地,初步形成核心技术系列。2021~2023年,是干热岩示范项目建设期,完成试验基地实施方案设计优化,建立我国首个可复制可推广的干热岩开发示范项目,实现干热岩的成功利用。2024~2035年,通过干热岩产业技术、工艺升级,大幅降低干热岩勘探开发利用成本,尝试商业化应用。

规模化利用尚待时日

记者了解到,受限于技术和成本,我国干热岩开发还面临着不少挑战。

首先,干热岩资源勘查难。除藏南滇西地区高温地热资源较为丰富外,其他高品质资源并不富集。由于地壳结构复杂,成因机理尚不清楚,干热岩资源分布极为不均匀,我国目前尚未形成成熟可靠的资源评价技术和方法。

其次,开发干热岩的工程难度大。由于仪器、工具和材料的耐温能力不足,加之岩体可钻性差、工程设计优化难度大,钻井慢、周期长、成本高,所以难以高效成井。

第三,干热岩的利用工程难题不小。由于我国还缺乏高温潜水泵、抗高温示踪剂以及适合于干热岩循环测试的解释技术等,面临着开发干热岩循环测试及热能提取难题。

专家认为,干热岩研发属于前瞻性技术,在目前的经济技术条件下,要实现干热岩资源开发利用的实质性进展,必须持续增大科研项目、人员、经费的支持,建议设立干热岩资源开发利用国家重点实验室,但大规模商业化利用还需要解决一系列技术难题。

河北省煤田地质局局长王大虎说,河北省煤田地质局将在该区域加大勘查力度,进一步摸清区域内干热岩地热资源储量;依托环渤海(唐山海港)干热岩地热资源勘查工作阶段成果,联合有关科研院所等单位,搭建省级干热岩资源开发科研平台,进而建设国家级干热岩资源综合开发利用示范基地。

地热越深,资源量越大,开发的难度也就越大。中国石油大学油气资源与探测国家重点实验室教授宋先知表示,钻井、完井与开采技术是地热资源经济高效开发的关键,而且一直是钻井人不懈追求的一个目标。

宋先知说,在多种钻井提速技术中,自振空化射流提高钻井速度就极具可行性。在相同条件下,胜利、辽河等十多个油田试验的1700多只自振空化射流钻头的钻速能提高12.1%23.1%宋先知表示,相比油田钻井,地热钻井围压低,温度高,而更加有利于空化的发生。

业内专家表示,为确保钻井的结构和质量,还要谨慎考察地层的条件以及钻孔方位,选择合适的钻头,这样不仅能确保工程的顺利进展,还能提升工作效率,降低工程成本。