干热岩及其开发技术(2)

干热岩及其开发技术（2）

胡经国

八、干热岩开发关键技术

1、人工压裂技术

针对不同的深部地应力场条件和裂隙发育特征，通过控制注入水流量使深部热储达到理想的剪切破坏，是目前人工压裂技术重点解决的问题。干热岩开发本身的压裂设备与石油、天然气开发中的压裂设备基本相同；主要区别在于干热岩的压裂设备需要解决耐高温问题。而且，相对于传统油气储层，高温岩体冷却收缩效应在干热岩储层激发中更容易发生。

上述各国的储层激发试验表明，在坚硬的花岗岩中造成新的裂隙几乎是不可能的。通过注入水压力的控制，使储层已有的裂隙面错动和延伸从而形成有效的换热面积，是目前国际公认的EGS储层建造方法。在实际干热岩开发工程中，热储的创建主要包括以下关键步骤：

①、安装微震监测器；

②、形成已有注入井的剪切破坏；

③、施工两口开采井，并对其储层进行水力剪切破坏；

④、开展30～60天的储层循环测试，评价热储连通性及表现。

与储层压裂相关的技术主要包括：微震解译、井下电视成像、区域构造雷达反演、光纤式温度测井、岩体室内切片分析、电镜扫描、模拟预测等。

2、储层封隔技术

⑴、高温储层封隔器

目前，世界干热岩资源开发工程大部分采用高温储层封隔器，通过对目标层位的封堵达到对特定储层激发的目的。其优点在于，封隔器深度可以自由调节，可对指定深度进行储层激发。而其缺点在于，受温度影响，很多封隔器采用弹性密封元件，温度上限为225℃；同时，在高温储层封隔技术操作过程中需要钻机配合，存在较高的施工卡钻危险，容易造成井孔报废，从而对整个工程造成较大的经济损失。目前，由于大多数高温储层封隔器仅适用于套管段，而EGS储层激发的目标为裸孔段，因而传统的储层封隔技术的应用受到了很大限制。

⑵、化学和生物封隔技术

化学和生物封隔技术目前在部分发达国家已开展了广泛的研究。一种高温降解生物隔离技术（TZIM）目前在美国刚刚成功应用于Newberry干热岩工程。相对于传统的储层封隔技术，该技术具有成本低、风险小、耐温性能好等特点。其具体步骤如下：

①、注入井后保持颗粒状；

②、密度与水接近，操作时和注水一起进入最渗透的裂隙；

③、TZIM会密封已有裂隙，通过激发可裂开更多层的岩石；

④、操作无需井架，可采用分布式光纤温度传感器（DTS）监控井下隔离效果。

3、化学酸化刺激技术

化学酸化刺激技术最早应用于油气井的增产。通过将酸注入储层裂隙，使裂隙面流体在长期运移和沉淀过程中将矿物溶解，达到增大近井区岩体渗透性的目标。对于EGS而言，结合化学刺激和水力激发可以降低注入压力、减小微震等级，从而优化储层管理。

近30年来，许多不同的化学酸化刺激法被应用于地热。然而，同一种化学激发剂可能只适用于特定的地层。对于EGS储层激发而言，目前正在研究针对各种不同地层的综合化学刺激法。法国Soultz干热岩工程采用了化学酸化刺激方法，使注入率提高了1.12～2.5倍。激发结果显示，注入的酸与花岗岩体裂隙之间的矿物发生了较为强烈的反应，增加了储层的渗透性。总体而言，由于化学酸化刺激受到时间、体积和浓度等方面的制约，因而其发展还需要更多的室内实验及工程验证。

九、储层激发面临的主要挑战

结合具体的干热岩开发工程，在储层激发方面面临以下主要挑战：

1、提高注水压力可以破裂岩石并可产生更多的热能，但是所注入的水大多被导入最渗透的岩体；

2、在整个储层激发过程中，储层很多部位得不到有效激发，热储采热量受到限制；

3、过分增加井口压力提高注水量会诱发较大地震；

4、单层裂隙不足以提供满足经济发电所需的热交换面积，系统循环水流量低。

如何在经济条件下创建足够大的储层有效换热空间，是目前EGS发展需要迫切解决的问题。发展高温储层封隔技术，通过多次激发来增大储层空间，是实现EGS商业化的有效手段。

十、干热岩资源优势

在目前节能减排和能源结构调整中，对于干热岩地热资源的开发极有可能成为“黑马”，发挥出意想不到的作用。因此，干热岩被称为地热能的未来。相对于其它能源，干热岩资源具备以下优势：

1、资源量巨大、分布广泛

初步估算，中国陆区3.0～10.0千米深处干热岩资源为860万亿吨标准煤燃烧所释放的能量。

2、几乎为零排放

无废气和其它流体或固体废弃物，可维持对环境最低水平的影响。

3、开发系统安全

没有爆炸危险，更不会引起灾难性事故或伤害性污染。

4、热能连续性好

在可再生能源中，只有EGS可以提供不间断的电力供应，不受季节、气候、昼夜等自然条件的影响。

中国干热岩储量很大。但是，目前的开发条件和开发技术还受到诸多因素的制约。随着干热岩开发技术的不断成熟以及深部地热开采成本的不断下降，相信在不久的将来，这种无处不在的能源可被人们大量利用，造福人类。

十一、中国青海干热岩开发

1、青海首次钻获高温优质干热岩

地球是一个庞大的热库，内部蕴藏着巨大的热能，称之为地热资源。它与太阳能、风能、潮汐能等都是可再生的清洁能源。而且，干热岩是地热资源中最为重要的一种。

干热岩通常蕴藏在地下3000～10000米深度范围内，温度在150℃以上，是没有水或蒸汽、致密不渗透的热岩体。作为一种可用于高温发电的清洁能源，干热岩具有资源量大、无污染零排放、安全性好、热能连续性不受季节制约、利用率高、成本低等特点。

2011年以来，在深入研究已有地质资料基础上，采用红外遥感、地球物理、地球化学等多种勘查技术手段，经过详细论证后，确定青海共和盆地中北部为干热岩寻找靶区，同时确定干热岩勘探井位。

2013年6月，勘探井深孔正式开钻。2014年4月，在共和盆地地下2230米处首次钻获温度达153℃的干热岩。2017年上半年，青海省水工环地质调查院再次在地下3705米深处，钻获温度达到236℃以上的干热岩，刷新了探获干热岩温度的新纪录。

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，温度超过200℃即属于优质干热岩。除温度高之外，共和盆地的干热岩资源还有埋藏浅、分布广的特点。

2017年8月下旬，青海省国土资源厅和中国地质调查局水环部组织院士专家，对青海共和盆地干热岩勘查成果进行了评审。专家组认为，这是中国首次发现温度超过200℃的大规模可利用的高温优质干热岩资源，是中国在能源领域和地热勘查方面取得的重大突破。

2、未来有望推进国家能源结构调整

就现阶段而言，干热岩资源是指埋深较浅、温度较高、有开发经济价值的热岩体。保守估计，地壳中3000～10000米深处，干热岩所蕴藏的能量相当于全球所有石油、天然气和煤炭所蕴藏能量的30倍。

中国青藏高原在隆升过程中形成了一系列地热资源。从干热岩地热资源区域分布看，青藏高原占中国大陆地区干热岩总资源量的20.5%，资源量巨大而