增强地热系统EGS的人工热储技术

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1、增强地热系统EGS的人工热储技术时间:2009-12-1511:28来源:期刊作者:康玲,王时龙,李川点击:272次论文摘要：分析了增强地热系统、干热岩发电原理，研究了系统建立人工热储的关键技术，包括人工致裂、监测、裂隙网络的连通、封闭水流循环、热储系统建模等。最后分析了芬顿山、Hijiori、苏尔士大型试验站的人工热储应用实例。论文关键词：增强地热系统；干　　　　论文摘要：分析了增强地热系统、干热岩发电原理，研究了系统建立人工热储的关键技术，包括人工致裂、监测、裂隙网络的连通、封闭水流循环、热储系统建模等。最后分析了芬顿山、Hijiori、苏尔士

2、大型试验站的人工热储应用实例。　　论文关键词：增强地热系统；干热岩；地热发电；人工热储　　一、引言　　地热资源作为世界各国蕈点研究开发的可再生清洁能源，分为水热型、地压型、岩浆型和干热岩型，同前世界上主要开采和利用的是水热型地热，仅占已探明地热资源的10％左右。20世纪70年代，美国losAlamos国家实验窒在新墨两哥州的芬顿山，开始世界上最早的干热岩(HotDryRock，HDR)研究，即开采深埋于距地表(4-6)km深处的花岗岩、花岗闪长岩等，温度在(150-650)℃之间的十热岩。保守估讨地壳中干热岩所蕴含的能量卡H当于全球所有石油、天然气

3、和煤炭所蕴藏能量的30倍。　　干热岩法近几年由美国等国改进为增强地热系统(EnhancedGeothermalSystems。EGS)，扩大了研究范围，利用传统水热型或干热岩资源，提高岩石渗透率，以及在干岩或缺水系统中的含水量。任何地方在容易接近的深度(5-10)kin的岩石中都可以发现大量的热，甚至在没有水的地方，在全世界范围都有重大潜力，采用EGS技术，旨在人T获取更多地热。　　我国在增强地热系统(或干热岩、高温岩体)领域，只有很少的理论研究，存在大量的空门领域。增强地热系统或干热岩技术的关键在于在渗透率极低的高温岩石下建立人工热储，本文进行其

4、技术的初探。　　二、增强地热系统原理　　增强地热系统或干热岩系统，是一个闭环系统，由两个子系统组成，如图1所示。　　第一个子系统是地下热储层的开发建造，即从地下深埋的岩石获取地热，通过注水弗将冷水加压等致裂方法建立高渗透性的裂缝体系(人工热储)，冷水流过热储，渗进岩层缝隙吸收热量，再通过牛产井将温度达200℃以上的水或蒸汽提取到地面。第二个子系统是热水采出后地面发电供热系统，即将高温水采用二元发电装置，如用低沸点二次工质的有机朗肯循环，或用氨／水混合物作二次工质的卡里纳循环，带动涡轮机发电，而冷却后的水则被再次注入地下热交换系统循环使用。整个过程是

5、在一个封闭的系统内进行。　　在增强地热系统中，注水井和生产井数量根据不同的具体情况而异。井的配置方式有几种：一口注水井和一口生产井(两几井模式)，一口注水井和两口生产井(三口井模式)，一口注水井和四口生产井(五口井模式)。根据各国试验站经验，一般采用三口井模式，沿热储构造长轴方向布置注水井，在注水井的两侧各钻一口生产井，保证获取足够的热量。如果应用于大规模的发电站（对于干热岩发电更具体的技术资料请参考：《干热岩在地热发电中的应用》），采用五口井式或更多。　　三、人工热储的关键技术　　在地热资源中，热储丰要指渗透性良好的孔隙、裂隙岩层以及断裂裂隙系统

6、。地热资源事要取决于地热梯度(地F深度和温度关系)，热储储水库岩石渗透率和裂隙，及含水量。如果在一定深度内有充足的热能、渗透率，足可以获取地热能的。地球蕴藏了丰富的热能，但是由于地理结构岩石断裂的密封，致使渗透率低，含水量少或无水。我们不能增加热能，但可以人工提岛热储含水量和渗透率，从而更多地获取丰富的地热资源，这是实施增强地热系统、建立人工热储的目的。专家预测到2020年，建立人工热储储水库的增强地热系统将提供世界发电量的(5～lO)%。　　3．1人工热储的致裂　　致裂是建造热储层的关键之一，常用方法有水压致裂、化学致裂和爆破敏裂，使岩石裂隙打开

7、、延伸并相交，形成相连的裂隙网，类似于天然的地热热储水库。通常采用的提高岩石渗透率的方法是水压致裂，即通过注入一定体积的水，高J压使岩石致裂。进行致裂前需做地应力研究，包括主应力强度、方位；进行致裂时采用微震监测热储裂隙状况。一般在已自j裂隙基础上进行人上致裂，最终形成的人工热储裂隙问距，取决于最初天然裂隙的间距。　　3．2热储的监测　　在热储形成过程中，通过注水岩石体发生微小的移动，从而引起低频压力波，与地震情况类似。因此可以在井附近钻一个浅孔，设置微震监测系统，采用高精度的地震检波器，采集大虽波形信号数据经处理，绘制热储系统的形状、结构和方位，

8、进而确定人工热储构造的空间三维分布。采用微震技术监测热储扩张情况，并将各井裂隙相连通。监测处理的信息还可用来指导钻生产井，