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1、2009年增刊探矿工程(岩土钻掘工程)167我国干热岩地热资源钻采工艺浅议彭新明(北京市地热研究院,北京100143)摘要:干热岩是埋藏于距地表大约2km至6km深处、温度为150℃至650℃、没有水或蒸气的热岩体。我国部分地区开始进行干热岩地热资源调查,但尚未进行勘探开发。我国干热岩地热资源钻采工艺方面,应结合国内设备工艺技术现状,宜选择已成熟的盐碱矿注水采卤水平对接井钻孔设计模式;选用耐高温泥浆、泡沫泥浆或增压泡沫作为循环介质;对现有的钻探设备、随钻测斜仪、泥浆循环与固控系统及安全设施进行提高、完善。关
2、键词:干热岩;地热资源;钻采工艺中图分类号:TE249文献标识码:A文章编号:1672-7428(2009)S1-0167-03干热岩是埋藏于距地表大约2km至6km深前景广阔的绿色环保、可再生能源之一。处、温度为150℃至650℃、没有水或蒸气的热岩体。干热岩的热能赋存于各种变质岩或结晶岩类岩1钻孔设计体中,较常见的岩石有黑云母片麻岩、花岗岩、花(1)参照冰岛雷克雅未克能源投资公司(Rey2岗闪长岩等。一般干热岩上覆盖有沉积岩或土等隔kjavikEnergyInvest)地热发电项目钻孔设计示意热层。它所
3、储存的热能约为已探明的地热资源总量图,见图1。[1](2)参照澳大利亚“地球动力”公司设计的的30%。地壳中“干热岩”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地热发电站,见图2。倍。“干热岩(HDR)”技术:通过加压的方式将(3)参照我国盐碱矿开采水平对接井,见图3。水注入干热岩钻孔中,水在瞬间被加热为沸腾状态我国采卤水平对接井组基本上不采用挂管形并从附近的另外一处钻孔中喷出地面,喷出的热水式,绝大多数为直井与水平井形成采卤井组(或蒸汽直接发电)被注入到一个热交换器中以将(群)。对于干热
4、岩钻采井组,宜采用挂管方式,其他沸点较低的液体加热到气态--生成的气体将将上部相对低温地层以常规钻探方式施工并用套管用来驱动蒸汽涡轮机以产生电能。冷却后的水将被封隔。可以后挂管,依据温度梯度影响选择挂管长再次注入钻孔中循环使用。度,可以不挤水泥。两口井井口地面距离较大时,美国人莫顿和史密斯于1970年提出干热岩发可采用两口水平井对接。两井井底之间要有适当的电。1972年,他们在新墨西哥州北部打了两口约水平段长度,水流过时,能吸收到足够的热能。4000m的深斜井,从一口井中将冷水注入到干热岩体,蒸汽从另一口井
5、出来,发电功率达2300kW。2钻探工艺进行干热岩发电研究的还有澳大利亚、冰岛、211循环介质日本、英国、法国、德国和俄罗斯等。21111耐高温泥浆虽然我国目前对干热岩地热资源的勘探开发尚国内现有的抗温能力较强的有机处理剂中,部未展开,但随着人口的增长、能源供应的紧张以及分标称能抗220～230℃。近年来,极少数有机处环保要求的提高,探采地球深部干热岩地热能将是理剂标称抗高温能力达250～280℃。干热岩大都收稿日期:2009-08-30作者简介:彭新明(1970-),男(汉族),江西都昌,副总工程师,北京
6、市地热研究院高级工程师,地质工程专业,2博士,现从事地热井、矿山井及水文水井的设计与钻探施工,北京市海淀区田村路39号,pxm001@1631com,13910099062。©168探矿工程(岩土钻掘工程)2009年增刊图1ReykjavikEnergyInvest地热发电项目钻孔设计示意图图2澳大利亚“地球动力”公司设计的地热发电站运行示意图为变质岩或结晶岩类岩体,基本不涉及水敏性地层,因此,重点只考虑抗温。(1)低于200℃地图3参照我国采卤水平对接井组层,可采用膨润土、高岭土或海泡土配浆,或用它们的混
7、合土配浆,处理剂则用铬褐煤、丙烯酸盐、21112泡沫泥浆特种树脂,并加耐温石棉[2]。(2)温度200℃以耐高温泥浆受处理剂性能、汽化等影响较大,可采用泡沫泥浆作为循环介质,需要引进或研发抗上地层,其泥浆的配制主要用海泡土,处理剂主要高温230℃以上的泥浆处理剂、发泡沫、稳泡剂。是褐煤、特种树脂、丙烯酸类和耐温石棉。©2009年增刊探矿工程(岩土钻掘工程)16921113增压泡沫可能封闭。一般施工水平对接井需要钻机大钩额定水泵泡沫增压装置是利用水泵的高压能力将低载荷比同等井深直井大30%～40%左右。压空气
8、和泡沫液二次增压至水泵的额定压力,并混国内基本具备施工干热岩地热井钻探设备,关[3]合产生泡沫。泡沫增压钻探技术,曾应用于宁键是泥浆循环、固控系统及安全设施。夏和北京的水文水井及地热井钻探中,能克服孔内漏失难题。该工艺在钻探干热岩直井时优势较大,3结语但在定向水平井钻探中,需解决驱动螺杆问题,我我国部分地区开始进行干热岩地热资源调查,国的螺杆为液压驱动,尚未有泡沫驱动。但尚未进行勘探开发。我国干热岩地热资源钻采工
