干热岩在辽沈地区冬季供暖技术分析_赵俭斌

干热岩在辽沈地区冬季供暖技术分析

赵俭斌1，冯晓燕1，晏可奇2，闫燕燕1

（1．沈阳建筑大学土木工程学院，沈阳 110168；2．辽宁地质工程勘察施工集团公司，沈阳

110032）

摘要：辽沈地区供暖是一个永恒的需求，以往的传统供暖方式不利于资源的可持续发展，本文立足于干热岩能

源的优势初步研究设计出开发深层地热有利的采热系统，同时对干热岩利用过程中的关键技术进行分析，高温

高压下岩石的导热性能及岩石和水的热交换能力、井管材料及保温技术是实现干热岩供暖的关键。因此，如果

干热岩供暖关键技术得以解决将对干热岩成功的用于寒区供暖带来技术上的突破。

关键词：岩土工程；干热岩；寒区供暖；关键技术；岩石导热性

The Technical Analysis on the Hot Dry Rock in LiaoShen Area ZHAO Jianbin1,2, FENG Xiaoyan2, YAN Keqi 3, YAN Yanyan2

（1.Shenyang Jianzhu University, Shenyang 110168, China; 2.Geological Prospecting Construction

Project Group of Liaoning, Shenyang 110032, China）

Abstract: Based on its advantages the paper will design a heated system more effective than the technology of shallow ground source heat pump, meanwhile analysis the key technology during exploiting Hot Dry Rock progress, then the thermal conductivity of rock under high temperature and high pressure and the heat transfer ability between rock and water as well as pipe material and insulation technology, all of which will realize the key technology about Hot Dry Rock heating. In conclusion, if the key technology on heated system would be settled, it will bring breakthrough about using Hot Dry Rock on heated supply in cold areas.

Keywords: Hot Dry Rock (HDR), heating in cold area, key technology, high temperature high pressure, rock thermal conductivity

1 引言

目前，我国北方地区冬季采暖主要有三种形式：第一是基于热电联产的热网；第二是独立的小区锅炉房供暖；第三是近年来兴起的地源热泵采暖。而其它一些小的方式如燃油、电取暖等应用的不多。但是，不管哪种方式都以消耗煤、电、油等资源为前提，特别是煤、油资源为化石能源，为不可再生资源，在燃烧这些化石资源的同时，排放的二氧化碳和粉尘将对大气造成污染。这与国家倡导的建设“资源节约型、环境友好型”社会的方针格格不入，而寒区冬季供暖是必不可少的。

基金项目：2010沈阳市重大开发策划项目（SFGW10-5）建设部项目。

作者简介：赵俭斌，男，沈阳建筑大学土木工程学院教授，从事岩土工程研究；E-mail: cejbzhao@

世界各地都在努力研究开发较为清洁的新能源。作为新能源之一的地热资源，开发利用过程具有可持续和环保等其他能源不可比拟的独特优点。近年来，开发利用无污染且少受诸如气候等外界条件变化干扰的新能源——干热岩资源，成为很多发达国家积极开展试验研究的新课题，干热岩资源的开发利用前景十分诱人。

我国对于干热岩的研究尚属起步阶段，据初步估算，我国干热岩在2000米至4000米范围内的产热量大于8×10 J/km2。所以，我国主要高热流区的热储资源相当丰富，相当于标准煤51.6亿t。

近年来，干热岩的研究进入一个新的时期，它的探究与应用将会给我们带来更多意想不到的能量与利益，利用干热岩作为寒区或者其它地区大面积冬季取暖方式的内容还未见相关的报道。国外一些国家研究干热岩热能主要利用其转化的能量进行发电，对与其交换热量后的水温要求很高，一般150～200℃，因此，对钻井深度要求高，一般在2 000～6 000 m则难度也就相应增加。而利用干热岩资源进行供暖所需的水温只需在60～80℃，相比而言，干热岩供暖技术的难度降低，钻井深度降低，所以可实现性更强。由此对于干热岩开发，只需利用现有成熟的钻探技术，在任何一个地方，钻到一定深度，就可以完成任意数量的井，干热岩就可以得到开发与利用。

2 沈北地区干热岩供暖系统可行性

2.1 前期工作

在沈阳地区，近年来施工了十余口超深井，最大深度达2 800 m，实测孔底最高温度达89℃。地热增温梯度为3.023 8℃/100 m。据此设想在相距250～500 m施工一对深度3 500 m左右的深井，孔底温度可达115～125℃，从一个孔中灌入凉水，经孔中深部循环，吸收地下的热能后，变成60～70℃的热水，用于冬季取暖。

沈阳及周边地区开展了大量的热资源调查工作，钻探了多个深井，掌握了重要资料，如表1是沈北新区勘探井的情况。

表1 部分沈北地热井调查表

序号探井位置盖层条件井深/m 井底温度/℃水温/℃增温/℃成井情况

1 孟家屯有 1 200 49 43 3.083 成

2 治安村有 2 300 8

3 62 3.087 成

3 郭三有 2 500 否

4 倒树子有 2 500 89 62 3.080 成

5 新城子有 2 800 83 2.536

6 大转弯有 1 200 52 3.333

注：由表统计得出沈北平均地热增温为3.023 8℃。

由此表可以看出，沈北地区部分存在着富含水的破碎带，有部分热水资源，部分探井没有充足的热水可供开发，但干热岩却一定存在。沈北地区的资料表明：沈北钻孔每百米的增温为3.023 8℃，略大于已有统计资料的2.0～3.0℃，具备开发条件。因此，这些资料的合理应用尤其是干热岩在寒区供暖中的应用，可先在沈北地区建立示范工程，这会给沈北新区带来发展的新机遇，也会给沈阳乃至全国发展低碳经济起到示范作用。

2.2 与其他供热系统比较

利用干热岩进行供暖方面的研究也不同于现今应用较为广泛的地源热泵技术。

浅层地源热泵技术在东北地区已经应用的较为成熟并且成功，但另一个角度来讲这种浅层地源热泵技术对于地下水的开采回灌要求相对严格，在一定程度上会造成相应的水污染、地热场改变、水位下降、地