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青海共和幹熱岩科技攻堅項目正式啓動

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  来源:《地源热泵》雜志     发布日期:2019-06-28
核心提示:6月4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幹熱岩科技攻堅項目正式啓動。
      中国地源热泵产业聯盟名誉理事长、中国工程院院士曹耀峰5月29日在天津出席“2019年第二届全国油田地热资源开发与利用研讨会”上作了题为《关于推进我国干热岩地热开发的思考》的报告,他指出当前青海省正积极打造能源示范省,在共和盆地开展干热岩开发,提供绿色清洁的基础电源,恰逢其时。在此次会议上他表示青海共和盆地干热岩科技攻坚战启动在即。

曹耀峰院士在大会上发言
曹耀峰院士在大會上演講
 

      干热岩有望成战略性接替能源 

      根据中国石化新闻网报道显示:6月4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幹熱岩科技攻堅項目正式啓動。曹耀峰院士认为,青海共和盆地干热岩科技攻坚战的启动标志着我国干热岩资源科技攻关从室内试验正式进入了场地开发阶段。

      2017年,政府相关部门出台的《地热能开发利用“十三五”规划》明确提出,“十三五”时期,开展干热岩开发试验工作,建设干热岩示范项目,通过示范项目的建设,突破干热岩资源潜力评价与钻探靶区优选、干热岩开发钻井工程关键技術及干热岩储层高效取热等关键技術。

      何为干热岩?根据国家能源局发布于2019年3月1日起实施的中华人民共和国能源行业标准《NB/T 10097-2018 地热能术语》显示:干热岩(hot dry rock),不含或仅含少量流体,温度高于180℃,其热能在当前技術经济条件下可以利用的岩体。增强地热系统(EGS, Enhanced Geothermal System),也称工程地热系统,为利用工程技術手段开采干热岩地热能或强化开采低孔渗性热储地热能而建造的人工地热系统。

      据了解,干热岩的利用主要通过增强型地热系统(EGS)来实现,基本原理是:通过深井将高压水注入地下2~6千米的人工储层内,使其通过渗透循环而吸收热能;再通过开采井将高温水、汽通过生产井抽出地表用于发电;冷却后的水再次通过高压泵注入地下热交换系统循环使用,整个过程都是在一个封闭的系统内进行。

幹熱岩地熱資源
幹熱岩地熱資源

      曹耀峰院士在报告中指出,干热岩资源潜力巨大,且不受季节、气候制约,可有效取代煤炭、石化能源消耗,有效保护生态环境。数据显示,全球陆区干热岩资源量相当于4950万亿吨标准煤,是全球所有石油、天然气和煤炭所蕴藏能量的近30倍。中国大陆3.0-10.0千米深处干热岩资源量约合856万亿吨标煤,占世界资源量的六分之一左右。资源类型较多,广泛分布于青藏高原、松辽盆地、渤海湾盆地、东南沿海等地。资源潜力巨大,有望成为战略性接替能源。

      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,世界范围内已建立试验性质的EGS 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进展,但总体上世界干热岩开发仍然处于试验和示范阶段,还没有实现商业化开发。

      曹耀峰院士表示,与国外相比,我国干热岩资源技術研发起步较晚,尚属起步阶段,國內部分高校和科研院所在基础理论和试验方面做了一些探索性研究工作。國內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。

      青海打造干热岩开发示范工程 

      曹耀峰院士透露,2018年3月、8月,中国地调局、青海国土厅与中石化召开两轮工作协调对接会。明确三方联合建设青海共和盆地干热岩勘查开发试验项目,着力打造干热岩勘查开发示范工程。三方表示共同筹建攻关团队、制定科技攻坚战实施方案。

      早期,我国开展干热岩勘探开发关键技術攻关研究已做了大量工作。2010年,国土资源部公益性项目“我国干热岩勘查关键技術研究”;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術研究”。

      为推动我国干热岩勘查开发,2013年以来,中国地质调查局先后在东南沿海地区、松辽平原地区、华北地区和青藏高原等重点地区实施了干热岩勘查。2014年,中国地质调查局与青海省国土资源厅共同组织实施的青海共和盆地干热岩勘查钻获干热岩,填补了我国一直没有勘查发现干热岩资源的空白。2017年5月在共和县恰卜恰镇完井的GR1干热岩勘探孔再获温度新高,3705米的孔底测得温度高达236℃,取得了一批重要成果,为我国进一步开展干热岩勘查开发研究打下了重要基础。

      在此次会议上,曹耀峰院士透露了青海共和盆地干热岩地热能开发试验最新进展情况: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3092.89km2。共和干热岩体远景资源量数据显示:面积达到246.9km2。3-10km埋深幹熱岩地熱資源基数为1638.16 EJ,折合标准煤559.09亿吨。

      青海共和具有优越的地理及基础设施优势。曹耀峰介绍,共和盆地位于青藏高原北东缘,秦祁昆造山带的接合部;地势平坦,海拔适中;共和县恰卜恰镇距西宁142km,贵德县热水泉距西宁130km;共和县光伏规划装机容量18675兆瓦;已并网装机3405兆瓦;总装机容量1280兆瓦龙羊峡水电站就在附近;目前共和县电网通过青海主网连接国家电网;井底温度与当前超高温钻测井技術的作业区间基本匹配。

國內干热岩钻井情况
國內干热岩钻井情况

    “中国石化共计启动十余项、总投资5000多万元干热岩相关项目研究,并已建成中国石化地热资源开发利用重点实验室。”曹耀峰表示,纵观多年来世界范围的干热岩勘查开发实践,EGS工程所涉及的核心技術,多数是石油工程相关技術的借鉴、移植或改造。中国石化拥有丰富的石油勘探开发实践经验,为干热岩勘查开发技術攻关提供了坚实基础。

      曹耀峰透露,中国石化干热岩产业规划分三个阶段包括:技術研发突破期;示范项目建设期;技術革新、商业化应用期。具体而言,2018-2020年,通过技術攻关,形成具有國際先进水平的干热岩勘探开发利用技術系列,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,初步形成核心技術系列。2021-2023年示范项目建设期,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。到2024-2035年,通过干热岩产业技術、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。

      干热岩开发面临诸多问题挑战 

      近两年干热岩已成业界关注的焦点。然而,世界干热岩开发总体上仍处于试验和示范阶段,还未实现商业化开发。我国干热岩开发更是处于起步阶段,面临资源勘查难、开发工程难度大、技術薄弱等挑战。

      曹耀峰院士介绍,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術和方法。

      “干热岩埋藏深,探测精度难以满足勘探要求,获取地下热储物理参数的技術和能力有限,难以有效地优选场址;现有的井下原地岩石地层描述方法难以适应EGS高温热储的特殊条件。”曹耀峰说。

      干热岩开发工程难度大。由于仪器、工具和材料的耐温能力不足;岩体可钻性差,工程设计优化难度大,钻速慢、周期长、成本高等问题,面临高效成井难题。另外还存在高温测井技術、以及热储改造难题。

      干热岩开发还存在利用工程难题。由于缺乏高温潜水泵、抗高温示踪剂、适合于干热岩循环测试的解释技術等,面临干热岩临循环测试及热能提取难题。另外,规模化发电需要的高温大流量流体产量还未达到,EGS系统产能稳定性还有待加强。

      干热岩研发属于前瞻性技術,曹耀峰院士建言应持续增大科研项目、人员、经费支持力度,加强与國內政府部门、研究机构合作,加强干热岩资源靶区评价和开发利用工程技術攻关。同时他还表示,要实现干热岩资源开发利用的实质性进展,需针对制约规模化经济开发的关键问题,在资源富集与勘查评价、热储改造与高效换热等方面,开展攻关研究。(文/代海雷)

責編:dhl

 
 
 
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