我国干热岩勘查的有关技术问题

图 １ 干 热岩 地 热发 电 系统
美 国、 国、 国 、 法 德 日本 、 大利 和英 国等科 技发 达 国 意 家 已经 掌握 了干 热岩发 电的基本 原理 和基 本技 术 。 干 热 岩发 电的基 本 原 理 是 ： 通过 深 井 将 高压 水
干 热岩 存 在 于地 壳 浅层 的某 些 构造 区 ， 一种 是 清洁 的新 能源 。全 球 干 热 岩 蕴 藏 的热 能 十 分 丰 富 ，
低 级地 温梯度 约 占 ６ ％ ＿多 的 是 人 工 高 压 裂 隙模 式， 即靠人工建造具有充分尺度和相 当寿命的、 可以 获得 各级 温 度 梯 度 的 热储 层 。通 过 人 工 热 储 的 致
裂 、 测和 连通 实现 与地表 的水 流连 通 ， 成地 下热 监 形 交 换 系统 。 ３ ２ 地 面发 电供 热 系统 ． 从 生产 井提 取到 高温水 、 汽等 中 间介 质后 ， 蒸 即 可 采用 常规 地热发 电的方式 发 电 ， 包括 直接蒸 汽法 、
ｐｏａｏ ｅｈ ｉｕｓ Ｃ Ｇ ， ａｇ ｎ ｅｅ ０ ５ ０ ， ｈｎ ） ｌｒ ｉ Ｔ ｃ ｎ ｅ ， Ａ Ｓ Ｌ ｎｆ ｇＨ ｂｉ ６０ ０ Ｃ ｉａ ｔｎ ｑ ａ
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岩 体 中很 少有 地 下 流体 存 在 。 当然 ， 是 比较 宽 泛 这
的干热岩 概念 。干 热岩 的热 能赋存 于各 种变 质岩 或
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 。见 图 １ 。
结 晶岩类 岩体 中 ， 常见 的干 热岩有 黑 云母 片麻 岩 、 较 花 岗岩 、 岗闪长 岩 等 。干 热 岩 上一 般 覆 盖 有 沉 积 花 岩或 土等 隔热层 。干 热岩 主要被 用来 提取 其 内部 的 热量 ， 因此其 主要 的工 业指 标是 岩体 内部 的温 度 。
一
电价有 商业竞 争 能力 。
３ 干 热岩开 发利 用的 技术关 键 ３ １ 地下 热交 换 系统 的建 立 ． 水 通过 深 井 注入 地 下 干热 岩 体 ， 透进 入 岩 层 渗
（ 两井 模 式 ） 一 口注 水 井 和 ２ 口 生 产 井 （ 井 模 ， 三 式 ）一 口注 水井 和 ４ 口生 产 井 （ 井 模 式 ） ， 五 。根 据 各 国试 验 站经验 ， 一般 采用 三井模 式 ， 沿热储 构 造长
轴方 向布置 注水井 ， 注水 井 的两 侧 各钻 一 口生 产 在 井 ， 获取 足 够 的 热量 。如 果 应 用 于 大规 模 的发 保证
还原 成液 态低沸 点物 质 。 ３ ３ 钻井技 术 ． 注 水 井 和 生 产 井 数 量 根 据 不 同 的具 体 情 况 而 异 。井 的配 置 方 式 有 ： 口注 水 井 和 一 口生 产 井 一
中等和低级地温梯度 的高温岩体地热资源 ， 通过进 步 改进开 发技 术 ， 可 以与 以化 石 能源 为 基 础 的 也
１ 干 热岩 的概念 干热岩 （ Ｒ —Ｈｏ Ｄ ｙ Ｒ ｃ 是 指 埋 深 超 过 ＨＤ ｔ ｒ ｏｋ） ２ ０ 温度 超过 １ ０ｏ ０ ０ｍ、 ５ Ｃ的地下 高温 岩体 ， 特 点是 其
（ 相距约 ２０～ ０ ０ ６０ｍ左 右 ） 将岩石 裂 隙中的高温
水 、 提取 到地 面 ； 出的水 、 汽 取 汽温 度 可达 １０～２ ０ ５ ０ ℃ ， 过热 交换及 地 面循环 装 置用 于发 电 ； 通 冷却 后 的
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探 矿工 程 （ 土钻 掘工程 ） 岩
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或者 其它可 再生 的能 源相 比， 有如下 优势 ： 具
（） １ 干热 岩 地 热 能 是 巨大 的 ， 在许 多 国 家存 在
接 位于进 水井 和 出水 井 之 间的裂 隙系统 。
并广泛 分布 。例 如美 国高等 级地 温梯度 的地 热资 源 约 占全 国面积 的 １％ ， ０ 中等 地 温 梯 度 大 约 占 ３ ％ ， ０
（ ） 热 岩地 热 资 源 的 使 用 ， 有 废 气 （ Ｏ 、 ２干 没 Ｃ ， Ｓ Ｎ ） Ｏ 、 Ｏ等 排放 ， 有其 它流 体 或 固体 废 弃物 ， 也没 干 热岩 地热资源系统 可以维持对环境最低水 平 的影 响。
（） ３ 干热 岩地 热 开 发 系统 是 安 全 的 ， 有 爆 炸 没
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探矿 工程 （ 土钻 掘工 程 ） 岩
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我 国干热岩勘查的有关技 术 问题
冉 恒谦 ，冯起 赠
（ 中国地质科学院勘探技术研 究所 ， 河北 廊坊 ０ ５０ ） ６ ０ ０ 摘 要： 干热岩作 为一种可再生的新 型能源 ， 具有热能大 、 分布广 、 开发利用对环 境影 响小 、 不受季节 等 自然条件 的
一
个温 度超 过 １０ｏ ５ Ｃ的地 下 高 温 岩体 的存 在 ，
一
定会 给周 围 的地 温环 境 带 来 很 大 的异 常 ， 以许 所
多研究人 员 也把地 温梯度 是 否超异 常来 研究 地 下是
否存 在 干热岩 体 。
２ 干热岩 的开 发利 用价 值 目前 ， 人们 对 干热 岩 的开 发 利用 ， 主要 是 发 电 。
作者简介 ： 冉恒谦 （９ ３一） 男 （ １６ ， 汉族）， 重庆人 ， 中国地质科学 院勘探技术研究所地调科研处处长 、 教授级高级工程师 ， 地质工程专业 ， 博士 ，
从事钻探装备研究工作 ， 河北省廊坊市金光道 ７ ７号 ， ｎ ｑ ６ ＠ｈｉ ｏ ｎｔ冯起赠（ ９ １ ， 汉族 ） 吉林人 ， ｒ ｈ６ ６ ｅ ｆ ｅ； ａ ｎ． １ ７ 一） 男（ ， 中国地质科学院勘探技术研究 所高级工程师 ， 机械专业 ， 钻探 从事全液压车装水井钻机及大直径 套管钻 机的研 发工作 ， ｎｑ ｅｇ ２ ．ｏ 。 ｆ ｇｉ ｎ＠１６ ｃｍ ｅ ｚ
扩 容法 是将 生产井 中 的热 水 先输 送 至 扩 容 器 ， 通过 减 压扩 容产生 的蒸 汽推 动汽 轮机发 电 。我 国西藏羊 八井 地热 电站 即属 扩容法 地 热发 电 。 目前研究 较多 的是应用 中间介质 法地 热发 电 ， 如有 机朗肯 循环 ， 例
应， 不受季 节 、 夜等 自然条 件 的影 响。 昼 （） 国、 ５美 日本 等 国的 高 温 岩 体 地 热 前 期 开 发 试验 已充分 说 明 ， 高地 温梯 度 （０％／ ｉ） ８ ｋ 的高 温 岩 ｎ 体地 热发 电电价 ， 在今 天 已具 有 商业竞 争能 力 ； 对 而
ｅ ｖｒ ｎ ｎ ａ ｒ ｔｃｉ ｎ ａ ｄ ｎ ｔｂ ｉ ｇ ａｆｃ ｅ ｙ ｎ ｔ ｒ ｌｃ ｎ ｉ ｏ ｓ ｕ ｈ ａ ｅ ｓ ｎ ．Ｈｏ ｒ ｃ ｘ ｌｒ ｔ ｎ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｉ ｍｅ ｔｌ ｏｅ ｔ ｎ ｏ ｅｎ ｆ ｔ ｄ ｂ ａｕ ａ ｏ ｄｔ ｎ ，ｓ ｃ ｓ ｓ ａ ｏ ｓ ｏ ｐ ｏ ｅ ｉ ｔｄ ｙ ｒ ｋ ｅ ｐ ｏ ａｉ ｅ ｅ ｏ — ｏ ｏ ｍｅ ｔａ ｄ ｕ ｉ ｚ ｔ ｎ ｉ ａ ｉａｌ ｌｎ ｅｄ ｉ ｈ ｎ ，ｔ ｅ ｓｕ ｙ ｏ ｈｓ ｋ ｙ ｔｃ ｎ ｑ ｅ ｈ ｓ ａ ｖ ｒ ｅ ｌ ｔ ｉｎ ｆ ａ ｃ ． ｎ ｎ ｔ ｉａｉ ｓ ｂ ｓｃ ｌ ａ ｂ ａ ｋ ｆ ｌ ｎ Ｃ ｉ ａ ｈ ｔ ｄ ｎ ｔ ｉ ｅ ｅ ｈ ｉ ｕ ａ ｅ ｙ ｒ ａｉ ｉ ｓｇ ｉ ｃ ｎ ｅ ｌ ｏ ｙ ｉ ｓｃ ｉ Ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｎ ｒ ｄ ｃｉｎ ｏ ｈ ｕ ｒ ｎ ｉ ａｉ ｎ ｏ ｏ ｒ ｏ ｋ ｅ ｐ ｏ ａｉｎ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｄ ｕ ｉ ｚ ｔ ｎ ｂ ｔ ｎ Ｃ ｉａ ａ ｄ ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｉ ｔ ｕ ｔ ｎ ｔ ｅ ｃ ｒｅ ｔｓ ｕ ｔ ｆｈ ｔ ｙ ｒ ｃ ｘ ｌ ｒ ｔ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔ ｏ ｏ ｔ ｏ ｄ ｏ ｎ ａ ｔ ｉ ｉ ｏｈ ｉ ｈ ｎ ｎ ｌａ ｏ ａ ｒａ ｂ ｏ ｄ，ｔｅ ｐ ｐ ｒａ ａｙ ｅ ｅ ｋ ｙ ｔｃ ｎ ｌｇ ｎ ｕ ｏ ｗ ｒ ｈ ｉ ｔ ｄ ｒ ｅ ｎ ｒ ｏ ｂ ｅ ｕ ｒ ｄ ｈ ａ ｅ ｎ ｌｚ ｄ ｔ ｅ ｅ ｈ ｏｏ ａ ｄ ｐ ｔ ｒ ａ ｄ ｔ ｅ ｍａｎ ｓｕ ｙ ｔ ｇ ｔａ ｄ ｗｏ ｋ ｔ ｅ ｒ ｑ ｉ ． ｈ ｙ ｆ ａ ｅ Ｋ ｅ ｒ ｓ ｏ ｒ ｏ ｋ；ｅ ｐ ｏ ａｉ ｎ；ｇ ｏｈ ｒ ｌｅ ｅ ｇ ；ｈ ａ ｘ ｈ ｎ ｅ ｈ ｒ ｌｐ ｗｅ ；ｄ ｉ ｉｇ ｙ ｗｏ ｄ ：ｈ ｔ ｙ ｒ ｃ ｄ ｘ ｌｒ ｔ ｏ ｅ ｔｅ ｍａ ｎ ｒ ｙ ｅ ｔ ｃ ａ ｇ ；ｔ ｅｍａ ｏ ｒ ｒｌ ｎ ｅ ｌ
影响等优势 。而干热岩 的勘查开发利用在我 国还基本属于空 白， 因此对干热岩勘查关键 技术开展研 究有着非 常现
实 的意义 。在简述 国内外对干热岩勘查开发利用研究现 状 的基 础上 ， 分析 了干热 岩开发利 用 的技 术关键 ， 并提 出
了主要的研究 内容和需要做的工作 。
关键词 ： 干热岩 ； 勘查 ； 地热能 ； 热交换 ； 热发 电 ； 钻井
或用 氨／ 混 合 物作 二 次 工 质 的 卡里 纳循 环 等 Ｊ 水 。 蒸 发器是 中间介质 法 干 热 岩发 电 的关 键设 备 ， 热 地 水通 过蒸 发器把 低 沸 点 物质 加 热 ， 其 产 生 高压 蒸 使 汽并 通过 汽轮 机发 电 ， 完 功 的 排气 在 冷凝 器 中被 做
危险， 更不 会 引起 灾 难性 事 故 或 伤 害性 污染 。它 适 合 于基本 负荷 或高 峰 负荷 的 电力 供 应 ， 能源 计 划 是
中最 理想 的组成 部分 。 （） ４ 干热 岩地 热开 发 可 以提 供 不 问断 的 电力 供
扩 容法 以及 中 间介 质 法 等 Ｊ 由于 直 接 蒸 汽法 要 。 求 从井 下取 出高 温蒸 汽 ， 效率 较 低 ， 因此 应用 较 少 。
中图分类号 ：Ｄ ７ Ｐ ３ Ｔ ８ ；６ ４ 文献标识 码 ： Ａ 文章编号 ：６ ２— ４ ８ ２ １ ）０— ０ ７— ５ １７ ７ ２ （ ｏ０ ｌ ０ １ ０
Ｓ ｍｅＴ ｃ ｎｃｌ ｓｕ ｓ ｎＨｏ ｒ ｏｋＥ ｐｏａｉｎｉ ｈｎ ／ Ａ ｋ 一ｉｎ Ｆ ＮＧＱ — ｎ （ ｈ ｎｔｕｅｏ ｘ ｏ ｅｈ ｉａ ｓｅ ｔ ｙＲ ｃ ｘ ｌｒ ｔ Ｃ ｉａＲ Ｎ ｑ ， Ｅ ｉｅｇ Ｔ ｅＩｓｔ ｆ — Ｉ ｏ Ｄ ｏ ｎ ａ ｚ ｉｔ Ｅ
注入地下 ２０ ６０ 的岩层 ， ００— ００ｍ 使其渗透进入岩层 的缝 隙 并 吸 收 地 热 能 量 ； 通 过 另 一 个 专 用 深 井 再
收 稿 日期 ：０ ０— ９—１ ２１ ０ ０
比蒸汽型、 热水 型和地压型地热资 源大得多 ， 比煤 炭、 油 、 石 天然 气 的热能 总和 还要 大 。 于热 岩地 热资 源与 核能 （ 裂变 和 聚 变 ） 太 阳 能 、