摘要
1.经费来源 本成果源自我国第一个国家层面的干热岩研究项目:863课题“干热岩地热地质资源评价与开发技术研究”。 2.研究目的与意义 干热岩地热资源是我国最有潜力的可再生能源发展方向,属于国家中长期科技发展纲要重点支持的领域,然而目前我国还未建成一个EGS示范研究场地,许多关键技术亟待解决。本研究的目的是开发深层地热资源评价技术,结合多种数据定性和定量相结合地评价深层地热资源;建立我国典型区域深层地热资源数据库,评价区域性地热资源潜力和可能的优选区块;研发出三维地热地质模型,对深层地热资源潜力进行精细评价,预测优势潜力的开采区域,为实际开采方案的制定提供技术指导或建议。最终形成的成果覆盖了干热岩地热资源评价方法、干热岩资源数据库、高效开采仿真技术三方面,将能够有效服务于国家能源战略需求,对我国地热能源的发展有着重要的深远影响。 3.技术原理与性能指标 本成果总体技术原理是以汇集的干热岩地热资源数据为基础,通过开发的评价系统选择优势区域,再由干热岩资源数据库获取区域详细数据,进行三维地热地质模型的分析计算,最后利用计算结果进行EGS精细评价,并确定合适的钻井布局及开采方案等关键因素。主要性能指标包括:(1)干热岩资源评价与展示系统中,绘制的我国地表热流误差小于5%,干热岩地热资源深度-温度切片图水平比例尺达到1:50万,而深度比例尺达到1:5万,数据偏差小于10%;(2)干热岩地热资源数据库建设方面,建立了全国31个省份的干热岩基础数据库,其中地热井野外调查2900多个,收集整理地热钻孔数据2000余个,动态资料一万多点次,各类测试资料6000余份;(3)干热岩高效开采仿真技术方面,自主开发了一系列新颖的EGS地下传热传质过程的三维全区域动态模拟软件,具备实际地质模型建立与读取、THMC耦合仿真、不同工质物性变化、多种干热岩地热开采模式仿真等功能。 本成果包括1项发明专利,6项授权软件,25篇期刊论文。多篇论文在Energy,Renewable Energy,International Journal of Heat and Mass Transfer等顶级期刊上发表,总被引频次超过120次。论文成果得到相关领域专家学者的广泛认可,国内外有开展干热岩开采及利用研究的课题组均有正面引用我们的成果。例如:清华大学姜培学教授等2016年发表于Renewable Energy 的论文指出了本成果中三维地热地质模型研究成果在钻井布局优化方面的有效性;冰岛大学Crompton的博士论文中采用了本成果的钻井布局模式进行研究;法国Grenoble Alpes大学Abuaisha的博士论文中采用了本成果中岩石热补偿模型。此外国内众多研究机构发表的论文均引用了本成果中干热岩地热资源评价及分析数据,已有28家地质勘查机构或公司应用了本成果的地热资源数据库。 4.创见与创新 本成果建立了一套基于地理信息系统与泰森多边形的深层地热资源评价方法,该方法相比传统体积法资源评价模型具有更高的精度,充分利用了采样点地理位置信息以及采样数据,具备高精度展示干热岩地热资源、估算干热岩资源量的特征。可直接用于干热岩资源开发综合评价,为优势区域圈定、资源开发可行性等方面提供了重要的理论及技术支撑。 本成果制定了“干热岩数据库建设标准”,并通过大量数据搜集与实际地质勘探建成了干热岩基础数据库,该数据库包含了全国31个省份的干热岩资源数据信息,包括详细的地理位置信息、地质环境、地温分布等,数据量大、代表性强,可直接为我国干热岩资源勘查靶区的选定和资源潜力评价提供数据支撑。 本成果还研发了一套干热岩高效开采仿真技术,该数值仿真技术涵盖了干热岩地热三维地质模型、开采过程的地下多物理场复杂交互作用模型、开采过程热储演化及EGS性能分析及预测等多方面关键技术。籍助本成果,能够详细获取储层内流动、换热及岩石/流体相互作用,预测采热效率、热田的生命期,分析评价热田的经济性;结合干热岩资源数据库,可以对EGS的井布局、工质选择和开采参数等进行设计和优化,为实际EGS系统建设及运行策略等提供重要依据。 5.社会经济效益及存在问题 本成果将能够直接应用于我国 EGS 典型区域示范工程建设,同时也将能够为有意向进行商业 EGS 开发的企业提供基础数据和开采与运行关键技术。成果不仅为该行业提供了一手的数据库,也能够通过成果中的干热岩资源评价、三维地热地质模型、高效采热技术仿真等实现降低前期试验投资及开发风险,具有较好且重要的市场价值。 工质漏损是降低 EGS 经济性的不确定因素,造成这一问题原因是热储结构的不明确、地下渗流场的认知不清晰以及钻井布局的不合理。本成果研发过程中已对地下渗流场及钻井布局问题进行了详细的分析研究,已有了较为清晰的把握,能够将工质漏损的风险降至最低。 6.历年获奖情况 本成果尚未申报相关成果奖励。