邁進地?zé)崮苄聲r代
——干熱巖地?zé)崮苎芯考罢雇?/h1>
2018-05-25 08:22:13文長沙市長郡中學(xué)高1505班李沛巖
發(fā)明與創(chuàng)新 2018年2期
文長沙市長郡中學(xué)高1505班 李沛巖
依據(jù)現(xiàn)階段的技術(shù)手段，干熱巖地?zé)豳Y源是指埋深較淺、溫度較高、有開發(fā)經(jīng)濟價值的熱巖體。干熱巖普遍埋藏于距地表3km至10km的深處，溫度范圍在150℃至650℃。我國干熱巖所儲存的熱能約為已探明地?zé)豳Y源總量的30%。
一般干熱巖開發(fā)利用潛力最大的地方是新火山活動區(qū)或地殼已經(jīng)變薄的地區(qū)，這些地區(qū)主要位于全球板塊或構(gòu)造地體的邊緣。
一、如何利用干熱巖地?zé)崮?/h2>
通過增強型地?zé)嵯到y(tǒng)（EGS）利用干熱巖地?zé)崮馨l(fā)電，是目前世界上開發(fā)利用該資源的主要做法。
EGS的原理是，在干熱巖中鉆一口直井或定向井（注入井），然后用清水、鹽水或壓裂液進行大排量壓裂，高溫巖體與冷水接觸后突然冷卻會產(chǎn)生裂隙。在大排量高壓作用下，干熱巖形成大的裂縫，隨著低溫水的不斷注入，裂縫不斷增加、擴大，并相互連通，最終形成一個人工干熱巖熱儲構(gòu)造。然后在距注入井合理的位置處鉆一口或幾口井（生產(chǎn)井），貫通人工熱儲構(gòu)造，采出高溫水、汽。
生產(chǎn)時，注入水沿著裂縫運動并與周邊的巖石發(fā)生熱交換，產(chǎn)生溫度高達150℃至300℃的高溫高壓水或水汽混合物，可用于地?zé)岚l(fā)電和綜合利用。被利用之后的溫水又通過注入井回灌到干熱巖中，從而達到循環(huán)利用的目的。
干熱巖開發(fā)模式示意圖
二、干熱巖開發(fā)存在的問題
目前干熱巖高效成井及開發(fā)基礎(chǔ)研究嚴重缺乏，國外也沒有成熟的理論可供借鑒，因此，還需多學(xué)科聯(lián)合攻關(guān)，對干熱巖地?zé)崮荛_發(fā)中的關(guān)鍵技術(shù)與基礎(chǔ)科學(xué)問題展開研究，為我國干熱巖地?zé)崮芨咝ч_發(fā)提供理論基礎(chǔ)和科學(xué)依據(jù)。
1.基礎(chǔ)科學(xué)研究
要形成系統(tǒng)的EGS干熱巖開發(fā)技術(shù)，需對一些基礎(chǔ)問題和科學(xué)問題展開研究，主要有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(tǒng)的穩(wěn)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。
2.資源靶區(qū)定位技術(shù)
以當(dāng)前的技術(shù)水平，干熱巖開發(fā)利用潛力最大的區(qū)域為新火山活動區(qū)、地殼較薄區(qū)域和有沉積覆蓋的放射性較強的酸性花崗巖區(qū)，這些區(qū)域是目前資源勘查的重點區(qū)域。目前資源靶區(qū)確定最重要、最基本的數(shù)據(jù)是大地?zé)崃髦?，以此為基礎(chǔ)，結(jié)合地質(zhì)構(gòu)造特點選定研究區(qū)，運用地球物理方法進行詳細勘查。
3.鉆井、完井技術(shù)
干熱巖主要是花崗巖、變質(zhì)巖等，巖石可鉆性差、研磨性強。同時，井眼圍巖在高溫高壓下易流動、巖石易破裂，井壁容易坍塌。干熱巖的鉆井、完井除了需應(yīng)用目前成熟的石油工程技術(shù)及設(shè)備、材料外，還需要進行以下攻關(guān)：干熱巖熱布井、井身結(jié)構(gòu)，干熱巖破巖技術(shù)及井眼軌跡控制技術(shù)，高溫巖體鉆井圍巖穩(wěn)定性控制技術(shù)，高溫鉆井液、水泥漿體系及套管熱穩(wěn)定性技術(shù)，高溫測量儀器、地面鉆井液冷卻及防噴裝備等。
4.大型壓裂技術(shù)
人工熱儲的形成和儲層中裂縫的發(fā)育連通情況是影響干熱巖地?zé)崮芴崛〉年P(guān)鍵。主要研究方向為裂縫起裂與延伸控制技術(shù)，干熱巖生產(chǎn)后期溫度變化特征與縫網(wǎng)變化預(yù)測技術(shù)，溫度和地應(yīng)力場變化下垂直裂縫壓裂設(shè)計方法，抗高溫壓裂液及裂縫分布監(jiān)測等。
5.熱能提取技術(shù)
為保證干熱巖的裂縫長期有效，需開展的研究主要有干熱巖的裂縫導(dǎo)流能力作用機制及主控因素研究，流體在復(fù)雜裂縫中的流動規(guī)律研究，熱交換流體選擇及交換效率等研究。
地球是我們共同的家園，正面臨能源需求不斷增加、化石能源日益減少、環(huán)境污染日趨嚴重、自然災(zāi)害頻繁發(fā)生的困境，必須探尋一種能從根本上解決上述問題，且強力推進社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的優(yōu)質(zhì)可再生清潔能源，實現(xiàn)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整和產(chǎn)業(yè)升級。
地?zé)崮懿皇芗竟?jié)、氣候、晝夜變化等因素的干擾，可被高效綜合利用，除可替代“碳能”減排外，還具有從本質(zhì)上減災(zāi)、減排的功能。因此，開發(fā)干熱巖地?zé)崮苡兄趯崿F(xiàn)中國經(jīng)濟的綠色轉(zhuǎn)型，或可成為第三次工業(yè)革命的支柱。（指導(dǎo)老師：馬學(xué)品）
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