中深层地热勘探开发技术进展与开发对策

中深层地热勘探开发技术进展与开发对策

何强

山东省第一地质矿产勘查院山东省济南市

摘要：地热能源是自然资源中的重要内容，在将其进行合理应用的情况下，可以实现这种资源的循环利用，为我国的建设发展做出积极贡献。随着近些年国家工业发展的不断推进，我国生态环境遭到严重破坏，为人们的健康生活带来了严重威胁，人们逐渐提高了生态环境保护意识，开始促进对可再生资源的开发利用。中深层地热能源就是其中较为重要的一种，在将其开发技术和发展水平进行不断提高的基础上有利于促进人们质量的不断增强。

关键词：中深层；地热勘探；开发技术；对策

1中深层地热开发技术

1.1地热钻井技术

地热井钻井目的不仅仅是钻达目的层开发地热，和油气井相比，它还有一个目的是要经济节约。开发地热能短期效益不如油气，地热井钻井与完井费用占到地热开发成本的一半。地热井钻井费用甚至高出油气井钻井费用，主要由于地热井的高温、较大的井径。因此，经济性是地热钻井的最重要指标。地热井钻井费用降低也主要通过优化钻井工艺和减少井下复杂情况来实现的。由于地热井的高温，油基或气基钻井液是比较好的选择，考虑到储层损害问题，气体基钻井液是最好的选择，但是它的适用性总是有限的。因此，研发适合高温水基钻井液是开发地热和深层油气的关键。井壁稳定和漏失同样是地热井钻井过程中的重要问题。

1.2地热回灌技术

目前地热产业发展面临的最大技术难题是回灌技术。虽然地球内部热能资源蕴藏丰富，但利用过程也不可以过于随意，通常需要以“用热不用水”为原则将地热尾水进行合理回灌，一方面可以提高地热资源的利用效率并维持地热资源利用的可持续性，另一方面可以减少废弃热水对环境的污染。地热回灌的意义在于:①扩大地热采集区有效波及体积;②保护取热点周边地质结构和水文特征、延长地热田生产寿命;③避免尾水排放造成热污染、水污染及土壤污染。地热回灌技术存在4个要素:灌量、灌压(水位)、温度和水质。

地热回灌主要有三类实施方式:①同井分层回灌，适用于包含两层以上热水层的地热井，选定其中一个热水层为为生产层，另一个热水层为回灌层，使取热与回灌操作可以在单井同时进行。②对井回灌，需要在合理距离内打一对地热井，以其中之一为生产井，另一为回灌井，必要时两井需要交换角色，如果生产层与回灌层同层，井间距必须足够大以免影响采热效果。③群井生产性回灌，选定地热田合理位置进行多井集中回灌，由于回灌速率可以很高，要特别注意回灌量与开采量的匹配关系。

1.3梯级利用地热能技术

地热能最直接利用的方式是利用地热水的热能量。目前地热能利用比例最高的技术是地热能发电技术，然而地热发电的热能利用率也仅有5%－20%，80%以上的热能只能废弃，废热通常蕴含在尾水当中，直接排放到自然环境中或者回灌到地下，造成地热资源的浪费，如果直接排放还会形成热污染，给植被、生物和土壤带来不良影响。地热梯级利用是从温度由高到低分别采用不同的方式对各个温度级别的地热水加以利用。理想的梯级利用情况是，首级为新采的高温地热水，用来发电，次级为发电之后的次高温热水，用于供暖及工业热源，三级是次级取热后形成的略高体温的地热水，可以用来开展养殖业、种植业及温泉洗浴。经过以上梯级利用之后的最末端尾水温度一般可降低至20℃左右，如此，一方面最大程度的利用了地热资源，另一方面也最大程度的降低了热污染对自然环境的危害，可见地热梯级利用技术对推动地热产业发展意义重大。通过地热梯级利用的全流程设计，能充分发挥深层地热的利用潜力，相比以往的简单地热利用，地热梯级利用的能源效率更高，可以最大限度地利用地下热水蕴含的热能。

1.4地热井除垢技术

1.4.1石灰—纯碱法

运用化学沉淀法原理，根据溶度剂原理使用所含硬度等在适当的药剂作用下形成难溶性化合物而去除的过程。水的药剂软化通常采用石灰、纯碱、苛性钠等。石灰—纯碱法可以同时降低地热水的暂时硬度和永久硬度。具体反应步骤为，先将生石灰溶于加药池水中，制成石灰乳即氢氧化钙(Ca(OH)2)，然后与纯碱、助凝剂同时投加到机械搅拌反应池中，即可除去水中的暂时硬度Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2和MgCO3，还可以除去水中的永久硬度CaSO4、CaCl2、MgCO3和MgCl2，在pH较高时，反应生成物MgCO3很快水解为Mg(OH)2，最后都转化为CaCO3和Mg(OH)2沉淀。钙、镁离子形成的固体物质在自然沉降过程中起到混凝剂的作用，其中CaCO3的絮凝作用尤其出色。经过絮凝反应的水自流至斜板沉淀池中，经过沉淀池沉淀后，自流入中间水池。软化后的水再进入车间原有的除铁猛过滤器，除去水中的铁锰，同时降低浊度。

1.4.2井下控制热储层技术

北京地矿局根据HＲ1井的上下热储层水质情况和具体数据，建议在HＲ1井上层高钙水储层井段中加入一套井管封隔其滤水管位置(井深1026．27－1566．56)，就能保证只利用下层低硬度热水的目的。目前国内这种施工工艺完全可以做到。该方法除垢彻底，但前提是原始钻井数据准确，还要重新测井以对井内结构变化情况进行判定，并且保证水量、水温不能下降，具有一定风险。

2开发对策

2,1建立综合能源开发企业

要想促进中深层地热勘探的进一步推进，将开发技术进行完善提高。就需要根据社会的发展现，促进创新、共享、绿色、开放理念的应用与革新，提高政府对工作项目的重视程度，积极参与其中m。并将矿权问题进行明确，促进地热利用率的不断提高。促进政府补贴政策的加强，建立相关政策，促进企业积极进行技术开发，将热能利用率的发展重要性进行宣传，从而保证行业的健康发展。

2.2促选石油企业开发地热能源

就石油企业来说，它在传统行业发展过程中具有一定的经验，不仅在勘探、开发、存储等方面，而且表现在运输过程中。因此，在促进中深层地热勘探开发技术有效应用的过程中，需要将石油企业的钻井技术和相应的油气井进行改造，将丰富的注水经验和注水技术等进行开发，保证石油企业的应用优势得以充分发挥，从而提高其市场优势性。针对目前石油开发的致密油气和页岩气等方面的内容来看，在将其进行应用的基础上，其能够有效避免流体泄露情况的出现，并并促进分段压裂技术的应用，提高地热开发的应用有效率。

2.3增强能源开发研究

在促进行业建设发展的过程中，要注重对地热能源理论知识基础的研究工作，在具体的工作过程中，可以吸取美国的发展经验，美国在进行岩气开发方面取得了成功的进展，而我国的中深层地热开发研究还处于刚起步的状态，还需要行业内对其投以更多的研究精力，精力去突破技术基础和理论研究，对高温岩石物理性质进行探究，对高温多孔介质流体相态等进行研究，从而保证行业的进一步发展。

结论

中深层地热能是地热应用领域最具价值和潜力的部分，必将在能源结构优化、能源清洁化转型及大气污染防治中发挥更加重要的作用。目前国内中深层地热开发还处于刚刚起步的初级阶段，其基础理论和技术尚未突破，面临很多困难，因此需要通过技术攻关和示范工程等多种方式不断完善地热应用的理论体系与技术工艺，形成完整且高效的中深层地热开发技术体系。

参考文献：

[1]刘伟,肖玉山.综合物探技术在深层地热勘探中的应用[J].国土资源,2017(08):54-55.

[2]孙冰.我国深层地热资源的认识与勘探方法建议[J].中国煤田地质,2016(S1):20-22+41.

[3]杜欣盈.电测深在深层地热勘探中的应用[J].工程勘察,2017(06):73-75.