增強型地熱系統（EGS）技術(shù)應用

地熱能是一種重要的可再生能源，儲量豐富，所含的總熱量約為3.9×10¹⁹kW.h/yr，其中我國的地熱資源占比高達7.9％。2014年世界上地熱能主要應用于地源熱泵、發(fā)電、沐浴和游泳、采暖，這四者分別占比６１％、１４％、１１％、９％。預計到2050年，世界上地熱發(fā)電量達到每年1.4×1012ｋＷ·ｈ，占總電能消耗量的3.5%。

我國以地熱能直接利用為主，是世界上地熱能直接利用量最大的國家，然而地熱發(fā)電所占份額很小，目前僅有羊八井地熱電站正常運營(yíng)，其發(fā)電的裝機容量長(cháng)期維持在24ＭＷ左右，遠低于美國2011年的3112ＭＷ，這表明我國的地熱能沒(méi)有被充分的利用。為此，我國將加大對地熱發(fā)電的投入，預計在2050年地熱發(fā)電的裝機容量達到550ＭＷ，其中增強型地熱系統（ｅｎｈａｎｃｅｄ ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ ｓｙｓｔｅｍ，ＥＧＳ）發(fā)電為主，其裝機容量達到300ＭＷ。

EGS，也被稱(chēng)為干熱巖（ｈｏｔ ｄｒｙ ｒｏｃｋ，ＨＤＲ）地熱系統，由于具有極大的開(kāi)發(fā)應用前景而受到廣泛的關(guān)注。美國能源部對EGS的定義是從一種低滲透率和低孔隙率的地熱資源中提取大量熱能而創(chuàng )建的熱儲層。根據這個(gè)定義，ＥＧＳ不包括高品位的水熱型地熱，但是包括分布在地層3-10ｋｍ內的結晶巖、沉積巖、地壓型地熱、巖漿型地熱及低品位的水熱型地熱等。EGS是少數幾個(gè)既能夠提供持續的機載電能又對環(huán)境影響小的可再生能源，其資源非常豐富，根據計算得到美國的可開(kāi)采熱量超過(guò)5.6ｘ1016ｋＷ·ｈ，大致相當于美國2005年能源總消耗量的2000倍，而隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步，可開(kāi)采量可能增長(cháng)10倍甚至更多。預計到2050年，美國的EGS發(fā)電的裝機容量有望達到10^５ＭＷ，占美國機載電能的10％。

干熱巖是埋藏于距地表3～10 km深度范圍內低滲透性的高溫巖體。由于干熱巖天然滲透率極低，無(wú)法經(jīng)濟地提取出地熱能，所以干熱巖的開(kāi)發(fā)必須建立增強型地熱系統(EGS,Enhanced Geothermal System)。EGS是利用人工手段在干熱巖中建立高滲透性的人工熱儲，然后注入低溫流體介質(zhì)，置換干熱巖中的熱能。EGS最關(guān)鍵的技術(shù)是儲層改造，目的是在低滲透性巖石中建立大體積的儲水層，使原有天然裂隙錯動(dòng)或形成新的裂縫，從而使注入井和生產(chǎn)井系統建立適當的連通性。常用的儲層改造方法有水力壓裂、熱刺激和化學(xué)刺激。水力壓裂是最主要的EGS儲層改造手段，目前國外幾乎所有EGS工程都采用了水力壓裂技術(shù)來(lái)形成換熱構造，如美國Fenton Hill，法國Soultz，日本Hijiori等。該技術(shù)最初來(lái)源于油氣行業(yè)，但近些年已經(jīng)成為干熱巖人工熱儲形成的重要手段。然而，由于巖石構造不同，天然裂隙的差異以及壓裂過(guò)程的各種不確定性因素，導致壓裂過(guò)程中裂隙系統的發(fā)展和壓裂的效果難以預測。儲層的裂隙結構直接影響流體在熱儲中的滲流換熱過(guò)程，是決定EGS可開(kāi)采熱能和運行壽命的關(guān)鍵因素。

我國的ＥＧＳ資源高7.0ｘ10¹⁸ｋＷ·ｈ，按照2％的開(kāi)采系數計算，可開(kāi)采熱量大致相當于我國2013年能源總消耗量的4500倍。

EGS工程的研究及工程示范的建立成為今后我國深層干熱巖開(kāi)采的主攻方向。增強型地熱系統的研究和應用：

地球物理勘探手段的應用

由于干熱巖致密堅硬，溫度較高，對鉆探施工技術(shù)要求較高，施工成本投入大。所以為提高鉆探孔位選定的可靠度，可以充分利用地球物理勘探手段，以“物探先行，鉆探驗證”的思路，降低鉆探施工風(fēng)險。

靶區優(yōu)選與孔位選址

開(kāi)展干熱巖地熱資源評價(jià)與靶區優(yōu)選工作，通過(guò)分析國內重點(diǎn)高地熱背景區域的地質(zhì)條件、地溫場(chǎng)特征、構造分布、控熱因素、熱源及熱源通道等，結合地球物理場(chǎng)特征，確定干熱巖施工孔位。

高溫硬巖鉆探技術(shù)

根據國內石油及干熱巖鉆探施工經(jīng)驗，我國鉆探技術(shù)已經(jīng)克服了高溫鉆探、硬巖鉆進(jìn)、定向鉆進(jìn)等技術(shù)難題，目前如何降低鉆探成本、提高鉆探效率、優(yōu)化井身結構，將是我們下一步重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題，這對未來(lái)干熱巖大規模開(kāi)采利用，將奠定重要的基礎.

水力壓裂連通

吸取國際成果的經(jīng)驗與教訓，為提高干熱巖的取熱效率，水力壓裂與井間連通是干熱巖開(kāi)采過(guò)程中的關(guān)鍵技術(shù)之一。水力壓裂手段已經(jīng)在石油開(kāi)采行業(yè)成熟的應用，但在壓裂的同時(shí)，如何做到井組的裂縫連通，形成穩定的三維裂隙換熱網(wǎng)絡(luò )，是目前一直探索的難題。

實(shí)施增強型地熱系統示范工程，使干熱巖資源成為中國經(jīng)濟發(fā)展強有力的能源保障。