增强型地热系统(EGS)的人工热储技术

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1、2009年第2期GEoTHERMALENERGY增强型地热系统(EGS)的人工热储技术康玲，王时龙，李川f重庆大学机械工程学院，重庆400044)摘要：文章分析了增强型地热系统(干热岩)发电原理，研究该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、Hijiofi、苏尔士大型试验电站的人丁热储应用实例。关键词：增强型地热系统；干热岩；地热发电；人工热储0引言地热资源作为世界各国重点研究开发的可再生产势生清洁能源，分为水热型、地压型、岩浆型和干热岩型，目前世界上主要开采和利用的

2、是水热型注永势地热资源，仅占已探明地热资源的10％左右。20人工热储水库世纪70年代，美国losAlamos国家实验室在新墨干热岩西哥州的芬顿山，开始世界上最早的于热岩(Hot图1增强地热系统(干热岩)发电原理图DryRock，HDR)研究，即开采深埋于距地表4～6km深处的花岗岩、花岗闪长岩等，温度在第一个子系统是地下热储层的开发建造。即150—650℃之间的干热岩。保守估计地壳中干热从地下深埋的岩石获取地热，通过注水井用冷水岩所蕴含的能量相当于全球所有石油、天然气和加压致裂方法建立高渗透性的裂隙体系(人工热煤炭所蕴藏能量的30倍。储)

3、。冷水流过热储层，渗进岩石的缝隙吸收热干热岩法近几年由美国等国改进为增强型地量，再通过生产井将200℃以上的水或蒸汽抽出热系统(EnhancedGeothermalSystems，EGS)，扩大地面。第二个子系统是热水采出后进入地面发电了研究范围，利用传统水热型或干热岩资源，提供热系统，即将高温水采用二元发电装置，如用高岩石的渗透率，以及在干岩或缺水系统中的含低沸点二次工质的有机朗肯循环，或用氨／水混合水量。全世界任何510kin深度的岩石中都可以物作二次工质的卡里纳循环，带动涡轮机发电，发现大量的热，甚至在没有水的地方，开发潜力而冷却后

4、的水则被再次注人地下热交换系统循环也巨大。使用。整个过程是在一个封闭的系统内进行。我国在增强型地热系统f或干热岩、高温岩体)在增强型地热系统中，注水井和生产井数量领域，只有很少的理论研究，存在大量的空白领可根据不同的具体情况而异。井的配置方式有几域。增强型地热系统技术的关键是在渗透率极低种：-I~注水井和一眼生产井(1I眼井模式)，一的高温岩石中建立人工热储。眼注水井和两眼生产井(三眼井模式)，-t~注水井和四眼生产井(五眼井模式)。根据各国试验电1增强型地热系统原理站的经验，一般采用三眼井模式。如图1所示，增强型地热系统是一个闭环系统。

5、由两个子沿热储构造长轴方向布置注水井，在注水井的两系统组成，如图1所示。侧各钻一眼生产井，以保证获取足够的热量。如果建立大规模的发电站，宜采用五眼井或更多。·14·地热能2009．NO．22-3热储的连通2人工热储的关键技术虽然过去的30多年里，美国的芬顿山、在地热资源中，热储主要指渗透性良好的孔Coso、Geysers、Desert?Peak，英国的隙、裂隙岩层以及断裂裂隙系统。地热资源的优Rosemanowes，法国的苏尔士，日本的Hijiori、良与否主要取决于地热梯度(地下深度和温度关Ogaehi，澳大利亚的‘CooperBasi

6、n、系)、热储层的渗透率和裂隙及含水量。如果在一Hunter?Valley，瑞典的Fiallbacka。德国的定深度内有充足的热能、渗透率，就容易获取地Falkenberg、Horstberg，瑞士的Basel等均先后建热能。地球内部虽然蕴藏着丰富的热能，但是由立了干热岩或增强型地热系统。但迄今为止，干于地理结构岩石断裂的密封，致使渗透率降低，热岩试验电站最大的问题是人工热储层的流量低含水量少或无水。我们不能增加热能，但可以人于商业运作的参数要求，因此需要进一步提高人为的提高热储含水量和渗透率，更多地获取热工热储裂隙网络的连通性。能，这是

7、实施增强型地热系统、建立人工热储的通过微震方法测绘出人工裂隙系统的形状、目的。结构和方位，在热储扩张到理想大小之后再钻生3．1人工热储的致裂产井，穿进热储层使地下裂隙相互连通，实现与致裂是建造热储层的关键技术之一，常用方地表的水流连通，形成增强型地热闭环系统的法是通过水压致裂、化学致裂和爆破致裂使岩石第—个子系统。裂隙打开、延伸并相交，形成相连的裂隙网，类2．4循环注水似于天然的地热热储层。通常采用水压致裂的方注入热储的冷水可以为经处理的城市废水，法提高岩石渗透率，即通过注入一定体积的水使如美国加州的Geysers蒸汽田——世界上最大的岩

8、石致裂。进行致裂前需做地应力研究，包括主干蒸汽地热田，曾在1987年为180万人供电，应力强度、方位等，进行致裂时采用微震仪监测但之后随着地热水资源的减少，发电量逐年降热储裂隙状况。一般在已有