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我國干熱巖的發展前景

  習近平總書記在中國共產黨第十九次全國代表大會上的報告指出“推進綠色發展,加快建立綠色生產和消費的法律制度和改革方向,建立健全綠色低碳循環發展的經濟體系。構建市場導向的綠色技術創新體系,壯大節能環保產業、清潔生產產業、清潔能源產業。推進能源生產和消費革命,構造清潔低碳、安全高效的能源體系。”中國煤炭地質總局作為國家能源資源勘查的主力軍,積極學習領會十九大報告精神,謀劃落實發展高效清潔能源勘查工作的方案措施。勘查研究總院積極貫徹落實黨的十九大精神和總局的部署,就我國干熱巖勘查開發前景作簡要分析。

一、國家高度重視和強力推進干熱巖開發利用

  黨的十九大作出的一系列重大決策部署,為扎實推進經濟持續健康發展,大力發展高效清潔能源產業,堅持走綠色低碳循環發展的新路子提供了有力遵循。國家高度重視和強力推進干熱巖資源開發利用,大力發展清潔能源,優化能源消費結構,提高能源利用效率,陸續出臺了多項支持政策和推進措施,為干熱巖的勘查開發提供了良好的政策環境。2017年,政府相關部門出臺的《地熱能開發利用“十三五”規劃》明確提出,在“十三五”時期,開展干熱巖開發試驗工作,建設干熱巖示范項目,通過示范項目的建設,突破干熱巖資源潛力評價與鉆探靶區優選、干熱巖開發鉆井工程關鍵技術及干熱巖儲層高效取熱等關鍵技術,突破干熱巖開發與利用的技術瓶頸;開展萬米以淺地熱資源勘查開發工作,積極開展干熱巖發電試驗。

二、干熱巖勘查開發意義重大

  干熱巖作為一種清潔安全高效的能源資源,其開發利用有利于增加清潔能源供給,優化能源結構,提高能源綜合利用效率,建立多元供應體系,對保障國家能源安全有著重要意義。我國干熱巖資源量巨大,初步估算3~10千米深處干熱巖資源總計為2.5×1025J,相當于856萬億噸標煤;若能采出2%,即相當于中國2014年全國一次性能耗總量(42.6億噸標煤)的4040倍。干熱巖開發過程中基本不會對自然生態環境造成影響,干熱巖發電技術可大幅降低溫室效應和酸雨對環境的影響,且不受季節、氣候制約,可以有效取代煤炭、石化能源消耗,有效保護生態環境。干熱巖開發成本低,將來利用干熱巖發電的成本僅為風力發電的一半,只有太陽能發電的十分之一。

三、我國干熱巖資源勘查開發研究現狀

  國際上干熱巖的勘查開發已有30多年的研究歷史,目前美國、法國、澳大利亞、德國、日本等國家均已實施了干熱巖開發工程。我國干熱巖資源勘查工作起步較晚。2007年中國能源研究會地熱專業委員會與澳大利亞Pet r a t her m公司開展了“中國工程型地熱系統資源潛力的研究”國際交流項目,開展了干熱巖初步調查、分析測試、模型研究等工作。2009年11月底到12月初,中國能源研究會地熱專業委員會和中國地質環境監測院組團,對南澳大利亞Cooper盆地的干熱巖開發利用現場進行了實地考察。2012年,中國地質調查局啟動了“全國干熱巖資源調查評價與示范靶區研究”項目,評價了我國陸區3~10千米的干熱巖潛力,資源量達856萬億噸標準煤。編制了1∶5000000全國大地熱流分布圖、全國居里面埋深等值線圖、全國酸性巖體分布圖、全國控熱構造圖。提出了我國四種類型的干熱巖靶區,為干熱巖勘查開發奠定了基礎。2013年,國土資源部在青海共和盆地中北部鉆成了井深2230米、井底溫度達153℃的干熱巖井,對干熱巖地熱開發進行了探索試驗,后續鉆獲3705米深處236℃的高溫干熱巖體。2013—2014年,我國制定了《全國干熱巖勘查與開發示范實施方案》,初步評價全國干熱巖地熱資源與潛力,將我國干熱巖按照成因機制不同劃分為高熱流酸性巖體型、強烈構造型、沉積盆地型和近代火山型四種類型。2014年啟動了大型盆地和東南沿海典型地區深部水文地質調查項目,完成了福建、廣東、海南、湖南四個省的干熱巖資源潛力評價與場地選址工作,圈定了福建漳州等干熱巖開發靶區,施工了我國首個4000米干熱巖科學鉆探,在干熱巖勘查方面積累了豐富的理論和技術經驗。2016年,山東省地礦局承擔“山東半島藍色經濟區干熱巖資源潛力調查評價”項目,在文登施工ZKCW 01鉆孔,孔深1240米處測得巖石溫度110℃。該鉆孔終孔深度2000.76米,實測孔底溫度為114.12℃,是目前中國東部干熱巖勘探鉆孔的最高溫度。2017年,政府相關部門出臺的《地熱能開發利用“十三五”規劃》明確提出了突破干熱巖開發利用的關鍵技術瓶頸,開展萬米以淺地熱資源勘查開發工作及干熱巖發電試驗。2017年5月,國土資源部啟動行業標準制定科研專項“《干熱巖地質勘查技術要求》制定研究”,為干熱巖勘查開發提供技術支撐和規范要求。

  目前,干熱巖開發尚存多項技術難題,國外也沒有成熟的理論技術可借鑒,亟須多學科聯合攻關,對干熱巖開發中的關鍵技術進行深入研究。主要包括基礎性研究、鉆完井技術、壓裂及人工造儲技術、熱交換及熱能提取技術。基礎性研究主要包括干熱巖多場耦合理論,高溫巖體的破巖機理,熱-流-固多場耦合作用下井眼圍巖系統的穩定性機理,多場耦合下干熱巖的變形、破裂與裂隙延伸機理及熱交換機理與效率模型等;鉆完井技術需要研究干熱巖井身結構、破巖技術、軌跡控制技術、圍巖穩定性控制技術、高溫鉆井液、套管熱穩定性技術、高溫測量儀器、地面鉆井液冷卻及防噴裝備;壓裂及人工造儲主要研究裂縫與延伸控制技術、后期溫度變化特征與縫網變化預測、垂直裂縫壓裂設計及裂縫分布監測。人工造儲要滿足熱量的提取與熱系統的壽命、保證流體的提取溫度和效率、降低能耗和循環損失三個技術要求;熱交換及熱能提取技術主要研究裂縫導流能力作用機制及主控因素、流體在復雜裂隙中的流動規律、熱交換流體選擇及交換效率等方面。

  與其他可再生能源相比,干熱巖資源具有資源量大、利用系數最高和生命周期二氧化碳排放最低的優勢。在黨中央、國務院大力推進綠色發展的戰略部署下,開發利用干熱巖資源,填補能源供需缺口,符合我國建設環境友好型社會的基本方針,符合國家大力發展清潔能源及綠色環保產業的政策導向。同時,積極發展儲量巨大的干熱巖資源產業,將為我國能源安全提供堅實有力的保障。在總局“11463”總體發展戰略部署及技術指導下,勘研總院積極參與行業標準制定科研專項“《煤炭與煤層氣綜合勘查技術要求》制定研究”,并將干熱巖勘查開發作為今后重點研究方向之一,特別是對干熱巖開發中的關鍵技術開展深入研究,力爭突破干熱巖開發利用過程中的關鍵技術瓶頸,為推進干熱巖勘查開發工作貢獻力量。

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