高温岩体热能开发及钻进技术.pdf

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1、第43卷第10期探矿工程(岩土钻掘工程)Vo1．43No．102016年10月ExplorationEngineering(Rock＆SoilDrillingandTunneling)Oct．2016：219—224高温岩体热能开发及钻进技术张伟(中国地质调查局，北京100037)摘要：高温岩体热能资源量巨大，增强型地热系统(EGS技术)是提取高温岩体热能的有效技术手段，而其中注水井和生产井的钻进效果对EGS系统运行的经济性有着举足轻重的影响作用。在坚硬的岩石中和高温条件下钻进对钻探技术提出了极大的挑战，本文探讨了高温岩体钻进技术问题，涉及硬岩钻进方法、高温定向钻进工具

2、和井底钻具组合，可为今后开展高温岩体钻进的关键技术问题研究提供参考。关键词：高温岩体；热能开发；钻进技术；干热岩；增强型地热系统中图分类号：P634文献标识码：A文章编号：1672—7428(2016)10—0219—06ExtractionofHighTemperatureRockMassHeatEnergyandRelatedDrillingTechnolo~es／ZHANGWei(ChinaGeologicalSurvey，Beijing100037)Abstract：Thisarticleintroducesresourcespotentialandprinci

3、pleofheatenergyextractionofhightemperaturerockmass．Inaddition，characteristicsofdrillingoperationofhightemperaturerockmassanddrillingtechnologiesarediscussed，refer—ringtohardrockdrillingmethods，drillingtoolsforhightemperaturedirectionaldrillingandbottomholeassembles．Keywords：hightemperatu

4、rerockmass；heatenergyextraction；drillingtechnology；hot—dry—rock；EGS0引言受美国能源部(DOE)的委托，美国麻省理工学地下3～10km以内岩体中储藏的热能巨大，远院对美国的EGS资源量进行了预测¨(见图1)：在远大于地球上所有一次性能源(石油、天然气、煤可开采的范围(3～10km)内，高温岩体热能总量为等)的总和。高温岩体热能的开发以1974年美国的14×10。EJ(1EJ=10J，美国2005年的总能耗为HDR项目为开端，以HDR技术为基础的增强型地100EJ)，对预计可开采热能的估计是：保守值为热系统

5、(EGS)是高温岩体热能提取的有效技术手2．8×10EJ；中间值为2．8×10。EJ；上限值为5．6×段，在世界范围内正逐渐得到推广应用。采用EGS106EJ技术提取高温岩体热能，具有资源量巨大、地理分布1614广、零污染排放、安全性好、热能连续性好、利用效率l2高等优点，具有极好的应用前景。高温岩体钻进的l0对象是坚硬的岩石，钻进难度大，钻进效果对EGS8系统运行的经济性有着举足轻重的影响作用。辐641高温岩体热能资源潜力20目前对高温岩体尚无统一的定义，参考钻探施2％保守值20％中问值40％上限值3-10km内热能总量工领域对温度的划分以及采用增强型地热系统圈l美国

6、EGS能源预测(EGS)的温度范围，本文将温度高于150oC的岩体根据欧盟对EGS热能研究的结果：采用EGS称为高温岩体。目前，高温岩体热能利用的最有效技术，将1km。高温裂缝岩体从200oC冷却到180的手段是增强型地热系统(EGS)，其技术可行的深℃，产生的能量，相当于127．5万t原油；或提供1度范围是3—10km。万人口的城镇20年所需的电能。收稿日期：2016—07—31作者简介：张伟，男，汉族，1954年生，中国地质调查局汶川地震科学钻探工程中心总工程师，中国地质大学(武汉)客座教授，博士，探矿工程专业，负责组织汶川地震科学钻探项目的钻探和测井施工，北京市西

7、城区阜外大街45号院(通讯地址：北京市房山区长阳镇九洲溪雅苑小区A2—601，102488)，zhangwei@wfsd．org。探矿丁程(岩土钻掘I：程)基于现有地热测量数据，中国大陆3～10km深度段干热岩资源总量为2．09X10EJ，相当于71．5×10亿t标准煤，即便按2％的可开采资源量计算，亦达4．2×10EJ，相当于14．3×10亿t标准煤，是中国大陆2010年能耗总量的4400倍J。因此可以说，高温岩体热能用之不尽，取之不竭。2高温岩体热能开发技术2．1干热岩技术干热岩(HDR)，通常指温度大于200℃、埋深图3干热岩资源开