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地热能源开采技术难题

2022/07/16156 作者:佚名
导读:在干热岩领域,中国前期投入较小,主要资助开展学术交流、探索研究,并未形成国家层面的干热岩技术研发基地和装备条件。还在以下几个方面存在技术难题。 (1)干热开采要求在地下形成广泛的裂隙,并泵水流经它们来实现干热岩热交换系统,即要造出地下热储水库来。目前,主要有人工高压裂隙、天然裂隙、天然裂隙—断层3种模式,其中研究最多的是人工高压裂隙模式,即通过人工高压注水到井底,高压水流使岩层中原有的微小裂隙强行

在干热岩领域,中国前期投入较小,主要资助开展学术交流、探索研究,并未形成国家层面的干热岩技术研发基地和装备条件。还在以下几个方面存在技术难题。

(1)干热开采要求在地下形成广泛的裂隙,并泵水流经它们来实现干热岩热交换系统,即要造出地下热储水库来。目前,主要有人工高压裂隙、天然裂隙、天然裂隙—断层3种模式,其中研究最多的是人工高压裂隙模式,即通过人工高压注水到井底,高压水流使岩层中原有的微小裂隙强行张开或受水冷缩产生新的裂隙,水在这些裂隙间流通,完成注水井和生产井所组成的水循环系统热交换过程。

(2)在增强型地热开采过程中,受地层深部复杂地质环境和流体长期循环影响,高温岩体容易产生二次破裂;注入水在循环过程中会产生损耗;生产井的出水量、水温和水压也会发生变化。为了掌握地热的开采情况,进而对开发规划做出评价和调整,有必要对各种参数进行 监测。如 人 工储层的应力状态、大小和方向的变化、裂隙的发展情况、热流体运行的出水量、水温、水压、注入水循环损失量、温度随时间的变化、水的化学成分随时间的变化以及地热岩体的温度场变化情况等。

(3)作为EGS核心组件的深部裂隙储层的性能决定着整个系统的性能。地下深部的温度和压力、地层岩性、构造与应力特征、天然裂隙接合程度与方式等自然地质条件和采用的水力压裂技术等,共同决定着压裂储层的性能。过去近40年的场地试验对裂隙储层的性能已经有了基本的认识,并形成了初步的储层评价和设计的标准;但是在精确测定和计算储层的压裂体积、换热面积、水流阻力、水流损失与短路方面还存在诸多难题。

(4)要建立符合商业要求的HDR储层,如何准确测量储层激发体积和换热面积;克服水流损失和流动短路;监测储层动态性能如储层阻力;精确模拟和预测储层压裂效果。水流损失可能会否定系统的经济性能和环境影响结论;而水流短路形成后需要废弃已经激发的岩体体积中很大的一部分,给后续钻井和激发造成困难。

因此,研究在不同参数条件下干热岩体与多相流体的传热规律,建立储层的压裂体积、换热面积、水流阻力及水流损失间热交换耦合模型,是当前和今后HDR开发的重大课题。

(5)使用水的增强型地热系统面临许多技术难题,如地热温度条件下,岩石和水溶液之间强烈的化学反应会引起矿物的溶解和沉淀。这些矿物变化在从注入井到生产井之间较短的循环流动路径上会产生双重问题,既可能在生产井形成过早的热突破,又可能堵塞注入井附近的地层。

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