地热资源勘探开发技术与发展方向

doi:10.13745/j.esf.sf.2023.9.25

摘要/Abstract

摘要：

地热资源是重要的非碳基可再生能源,具有本土能源、稳定可靠、绿色低碳等优势。21世纪以来,我国地热直接利用规模稳居世界首位,特别是中深层地热供暖利用快速增长,成为我国在世界地热产业中的鲜明特色。但与此同时,受限于我国绝大部分地区处于板块内部,东部用能旺盛区尚没有规模中高温地热资源发现,我国地热发电产业发展缓慢。基于对我国地热资源分布特征和开发利用情况的分析,总结归纳了我国中深层地热勘探开发利用技术现状,包括地热系统形成机制、选区评价技术、热储描述技术、可持续开发技术及“取热不耗水”关键工程技术等。地热能若要在能源转型中发挥更重要作用,未来需要向品位更高、应用范围更广的深层地热资源进军。建议持续加强基础理论研究和原始技术创新,尽快摸清我国深层地热资源家底,攻关高温钻完井、复杂结构井、深层热储改造、井下换热和干热岩EGS工程等关键技术,推进“地热+”多能协同,加大示范项目建设和应用市场培育。同时,需要建立健全政策法规制度体系,加大政策支持和管理监督力度,为地热产业健康、规范、可持续发展营造良好的环境。

关键词: 地热能, 地热产业, 直接利用, 勘探开发技术, 发展方向, 碳中和

Abstract:

Geothermal energy is an important non-carbon-based renewable energy with several advantages such as local availability, deployment stability/reliability, and low carbon emissions. It represents an unique resource for ensuring energy security and promoting green, low-carbon transition. Since the beginning of the 21st century China's geothermal industry has experienced rapid development, making it a world leader in direct geothermal use, particularly in direct utilization of medium and deep geothermal resources for heating. However, as the majority of China's land regions are within tectonic plates and the country lacks medium-high temperature geothermal resources in the energy-intensive regions in the east, the development of geothermal power generation in China has been slow. In this study, the main distribution characteristics and development status of geothermal resources in China are discussed, and the current geothermal exploration, development, and utilization technologies are summarize, which involve exploration techniques based on geothermal genesis models, site selection evaluation techniques, thermal storage description technologies, sustainable development techniques, and key engineering technologies related to “heat extraction without water consumption.” In order to increase the geothermal energy market size amid energy transition, it is necessary to tap into deep geothermal resources with higher quality and broader applications in the future. Recommendations from this study include continuing strengthening basic theoretical research and technical innovation, inventorying China's deep geothermal resources as early as possible, addressing key technology challenges (e.g., high-temperature drilling/completion, complex-structure well, deep thermal storage retrofitting, underground heat exchange, EGS), and promoting synergistic development of “geothermal plus” multisource energy. Efforts should also be made to increase construction of demonstration projects and foster application market development. At the same time, it is essential to establish a sound policy and regulatory system, increase policy support, strengthen management and supervision, and create a favorable environment for the healthy, standardized, and sustainable development of the geothermal industry.

Key words: geothermal energy, geothermal industry, direct utilization, exploration and development techniques, development direction, carbon neutrality

中图分类号:

P314

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图/表 6

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机构名称	研究计划/ 前沿研究内容	国际前沿技术	国际成果现状	我国研究现状对比
美国国家实验室体系和犹他大学等高校	FORGE计划和干热岩开发	热储预测技术,高效钻井技术及工具,超临界CO₂等干热岩压裂新技术和工具,地下-地面监测技术,干热岩建模和数值模拟技术等	已进入干热岩全面评价和试验阶段	跟跑。在青海共和盆地初步开展了干热岩钻井和压裂先导性实验
冰岛地质调查局	冰岛深部钻探计划(IDDP)	深层超临界资源成因,深层岩浆型高温高压地热钻完井技术等	超高温岩浆型地热钻探,已证实成功钻遇超临界地热流体(427 ℃,34 MPa)^[34]	并跑/跟跑。初步结合地质、地球物理和地球化学开展了板缘及板内深层地热资源机理研究,测量仪器与井筒工具耐温能力小于200 ℃
新西兰奥克兰大学	热储工程基础理论、地球物理、地球化学	智能热储工程技术等	广泛应用于地热资源开发利用与管理	并跑。中深层地热供暖企业有一定技术积累,深层地热热储工程有一定研究基础,尚无系统应用
美国哈里伯顿公司	相关软硬件产品和工程服务	地质导向地热钻井系统,随钻测井工具,压裂技术及工具,分布式光纤温度传感及应变传感技术等	耐高温工具和工艺在石油和地热井钻采井中应用及试验	跟跑。油气企业在深层油气钻井技术与工具上有一定积累,但耐温等指标尚不满足深层地热需要
加拿大Eavor	干热岩商业开采技术	非压裂、多井对接直接取热技术等	初步试验	跟跑。中深层有少量研究和应用,深层及干热岩资源尚无现场实验

机构名称	研究计划/ 前沿研究内容	国际前沿技术	国际成果现状	我国研究现状对比
美国国家实验室体系和犹他大学等高校	FORGE计划和干热岩开发	热储预测技术,高效钻井技术及工具,超临界CO₂等干热岩压裂新技术和工具,地下-地面监测技术,干热岩建模和数值模拟技术等	已进入干热岩全面评价和试验阶段	跟跑。在青海共和盆地初步开展了干热岩钻井和压裂先导性实验
冰岛地质调查局	冰岛深部钻探计划(IDDP)	深层超临界资源成因,深层岩浆型高温高压地热钻完井技术等	超高温岩浆型地热钻探,已证实成功钻遇超临界地热流体(427 ℃,34 MPa)^[34]	并跑/跟跑。初步结合地质、地球物理和地球化学开展了板缘及板内深层地热资源机理研究,测量仪器与井筒工具耐温能力小于200 ℃
新西兰奥克兰大学	热储工程基础理论、地球物理、地球化学	智能热储工程技术等	广泛应用于地热资源开发利用与管理	并跑。中深层地热供暖企业有一定技术积累,深层地热热储工程有一定研究基础,尚无系统应用
美国哈里伯顿公司	相关软硬件产品和工程服务	地质导向地热钻井系统,随钻测井工具,压裂技术及工具,分布式光纤温度传感及应变传感技术等	耐高温工具和工艺在石油和地热井钻采井中应用及试验	跟跑。油气企业在深层油气钻井技术与工具上有一定积累,但耐温等指标尚不满足深层地热需要
加拿大Eavor	干热岩商业开采技术	非压裂、多井对接直接取热技术等	初步试验	跟跑。中深层有少量研究和应用,深层及干热岩资源尚无现场实验