天然氣資源開發(fā)利用的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)分析

天然氣資源開發(fā)利用的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)分析

0我國地?zé)豳Y源開發(fā)現(xiàn)狀能源和環(huán)境保護(hù)是人類生存和發(fā)展的兩個(gè)主題。根據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)的預(yù)測，礦渣中的石油資源將在30-40年內(nèi)匱乏。根據(jù)儲量比，天然氣資源只能在20.30年內(nèi)使用。世界巖漿巖的消耗導(dǎo)致大量溫室氣體排放，如二氧化碳。世界巖漿巖的消耗導(dǎo)致能耗嚴(yán)重。根據(jù)聯(lián)合國的統(tǒng)計(jì)，隨著世界各國變變趨勢的進(jìn)一步加劇，氣候變化將成為人類社會面臨的最嚴(yán)重自然災(zāi)害。20世紀(jì)90年代，世界上最嚴(yán)重的氣象事件是50年代的5倍，這嚴(yán)重威脅著人類的生存。中國人均能源資源充足，能源結(jié)構(gòu)主要是煤炭石油等化石能源，其中煤炭消費(fèi)占能源總消耗的60%以上。然而，自20世紀(jì)70年代以來，中國的熱資源開發(fā)和利用取得了很大進(jìn)展。2008年，利用冷熱資源，減少co.25萬噸，相當(dāng)于860萬多萬輛汽車的尾氣量，每年經(jīng)濟(jì)效益為70.92億元。然而，過去的熱采量通常在1000米以內(nèi)，主要是平面熱源開發(fā)。大量平面熱資源分布在一些地區(qū)，導(dǎo)致地下水位顯著下降和土壤侵蝕。同時(shí)，平面熱的溫度和水量難以滿足高度加工的相關(guān)領(lǐng)域，如發(fā)電和工業(yè)加工的需要。因此，加強(qiáng)對深層土壤和水的地下水位系統(tǒng)（egs）的研究和應(yīng)用已成為中國今后地?zé)豳Y源開發(fā)的重要組成部分。1中國深層熱資源的儲存和使用方法1.1深層地?zé)豳Y源我國幅員遼闊,地?zé)豳Y源豐富.全世界地?zé)崮軆α繛?40×106EJ/a,其中,中國地?zé)豳Y源潛力為11×106EJ/a,占全球的7.9%.中國有極豐富的深層地?zé)豳Y源,根據(jù)板塊構(gòu)造理論,中國西南部受印度洋板塊的擠壓作用,東南部受菲律賓板塊的擠壓作用,東部受太平洋板塊的擠壓作用,地質(zhì)活動強(qiáng)烈.這些地區(qū)有很高的地?zé)崽荻?典型代表如:西藏羊八井地區(qū)、云南騰沖地區(qū)、海南、瓊北地區(qū)、臺灣及東南沿海地區(qū)、長白山天池等地,具有極豐富的高溫巖體地?zé)豳Y源,開發(fā)條件極為優(yōu)越.目前我國深層地?zé)豳Y源的儲藏狀況為:地?zé)醿Σ仡愋透訌?fù)雜,已發(fā)現(xiàn)構(gòu)造、地層超覆、火山巖體等多種成因的地?zé)崽?熱儲層類型多樣化,除了較為常見的新生界第三系砂礫巖和火山巖可作為有效熱儲層外,奧陶系灰?guī)r和基巖風(fēng)化殼亦可作為有效熱儲層(詳見表1).1.2高溫巖體熱儲的研究地?zé)崮茉聪到y(tǒng)按地下熱儲的存在形式,主要可分為2種類型:①地壓型.這一類型的熱能主要存在于滲透性沉積巖或火山巖中,以及可以沿?cái)鄬踊蛄严侗３珠_放通道的高強(qiáng)度巖石,如花崗巖.由于水通過斷層和裂隙的對流循環(huán),地?zé)醿釒r石中的熱能是通過把熱水帶到地表的方式進(jìn)行開采的,其動力是由向下運(yùn)動的冷水和向上運(yùn)動的熱水之間的密度差所產(chǎn)生的重力;②高溫巖體地?zé)嵝?HotDryRock簡稱HDR).此類型的地?zé)崮苈癫赜跇O低滲透率的巖層中(一般為火山活動遺留的高溫巖漿囊).溫度在4km深處約為300℃,到30km深處可達(dá)1200℃.其開發(fā)利用方式是鉆深井(深3000~5000m)達(dá)到地下結(jié)晶質(zhì)巖層(溫度一般可達(dá)150~350℃);采用相應(yīng)的井下作業(yè)措施(如射孔、爆炸、水力壓裂、酸化等),在高溫巖體中造成具有高滲透性的裂縫體系,也就是建造所謂的“換熱構(gòu)造”或稱“人工熱儲”;從注入井注入冷水,經(jīng)裂縫換熱構(gòu)造加熱從開采井提取熱水;而后將熱水用于熱電聯(lián)產(chǎn)或建筑供熱.2中國高溫氣候系統(tǒng)egs的發(fā)展2.1低溫地下水的補(bǔ)給深層地?zé)岬拈_采會造成熱儲壓力的降低,進(jìn)而導(dǎo)致溫度較低的地下水的流入開采層,也可能導(dǎo)致深部更高溫度的熱流體的補(bǔ)充.其中,高溫的熱流體的補(bǔ)充正是人們所期望出現(xiàn)的狀況,溫度較低的地下水流入開采層以增加熱儲的補(bǔ)給水源,這兩方面有利于開采貯存在熱儲巖石中的熱量.但如果低溫地下水的補(bǔ)給過多,將會引起熱儲的冷卻,降低地?zé)豳Y源的使用價(jià)值.地?zé)崃黧w中許多組份的濃度依賴于熱流體的溫度,不同溫度的水混合后會破壞地?zé)嵯到y(tǒng)的化學(xué)平衡,從而改變儲層及地?zé)崃黧w的化學(xué)成分.因低溫地下水的入侵而引起的地?zé)崃黧w化學(xué)成分的變化往往先于地?zé)嵯到y(tǒng)的物理變化.因此,需要建立能夠可靠預(yù)測巖石和流體之間的化學(xué)反應(yīng),正確設(shè)計(jì)和強(qiáng)化深層地?zé)衢_采系統(tǒng)的技術(shù)測評體系.2.2地震地質(zhì)意義我國的地質(zhì)狀況較為復(fù)雜,斷裂構(gòu)造極為發(fā)育,而我國的地?zé)崽镉执蠖寂c斷裂有關(guān),即使是淺部的第三系地?zé)衢_采也受到各種斷裂構(gòu)造的困擾.許多地?zé)崽锼幍臄嘞輩^(qū)相對埋深較大,地震資料的可靠程度較低,許多斷裂主要依據(jù)重力、磁力資料確定.由于總體勘探水平較低,資料的可靠程度差,斷陷的分布及其范圍、斷陷中的巖性組合尚存在諸多不確定性,因而深層勘探難度較大代價(jià)昂貴,需要前期成熟可靠的數(shù)值模擬進(jìn)行技術(shù)測評.3加快中國深度和厚熱系統(tǒng)發(fā)展(1)f-ms水動力作用機(jī)理關(guān)于深層EGS開發(fā)科學(xué)基礎(chǔ)的研究是一個(gè)全新的多領(lǐng)域工程技術(shù)課題,涉及巖體物理學(xué)、化學(xué)、流體動力學(xué)、傳熱學(xué)及巖體力學(xué)等基礎(chǔ)理論研究.深化研究不同水動力條件下,EGS系統(tǒng)熱傳導(dǎo)過程及熱提取效率;地下多相流和巖石間相互作用的機(jī)理研究;確定化學(xué)作用過程中的溶解、沉淀作用,以及系統(tǒng)和地質(zhì)介質(zhì)流動條件的改變對熱傳導(dǎo)的影響.只有不斷深化理論體研究,才能為工程應(yīng)用提供科學(xué)合理依據(jù);(2)建立典型地質(zhì)類型的egs研究數(shù)據(jù)庫通過資料搜集、大量的室內(nèi)試驗(yàn)、數(shù)值模擬、天然類比法等多種途徑,建立我國典型地質(zhì)類型的EGS系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、礦物熱力學(xué)數(shù)據(jù)庫和反應(yīng)動力學(xué)數(shù)據(jù)庫,特別是高溫條件下的熱、動力學(xué)數(shù)據(jù)庫,為EGS評價(jià)預(yù)測系統(tǒng)運(yùn)行提供必需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù);(3)研究地質(zhì)條件要是地的地質(zhì)特征,為地質(zhì)研究提供地質(zhì)條件資通過理論研究,現(xiàn)場勘測,實(shí)驗(yàn)及富含氣體的地?zé)嵯到y(tǒng)的天然類比法、數(shù)值模擬等技術(shù)方法的研究,總結(jié)出一個(gè)理性的、以科學(xué)為基礎(chǔ)的用以測試和審查強(qiáng)化地?zé)衢_發(fā)的設(shè)計(jì),篩選和選擇潛力試驗(yàn)場地的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),評測對深層地?zé)衢_采后的地下水文地質(zhì)狀況.EGS的工業(yè)化需要開發(fā)綜合反映地質(zhì)條件、地?zé)醾鲗?dǎo)、地球化學(xué)和水文地質(zhì)條件的滲流場-化學(xué)場-溫度場-應(yīng)力場多場耦合的測評系統(tǒng);評價(jià)典型場地EGS穩(wěn)定運(yùn)行條件和熱能產(chǎn)出能力、EGS的運(yùn)行效率,為我國EGS系統(tǒng)優(yōu)化、設(shè)計(jì)與工程實(shí)施提供技術(shù)支撐;(4)超臨界co作循環(huán)液利用深層地?zé)衢_發(fā)過程通常以水為熱能載體的熱媒,而水在高溫環(huán)境下是一種強(qiáng)離子溶劑.因此,以水為媒可促進(jìn)某些巖石礦物質(zhì)的溶解,同時(shí)也可能生成新的沉淀物,這樣會對裂隙滲透率和將熱量帶到地表的水循環(huán)率產(chǎn)生很大影響.鑒于以水為熱載體的EGS運(yùn)行中存在的問題,近年來,國外學(xué)者和相關(guān)機(jī)構(gòu)進(jìn)行了用超臨界CO2作循環(huán)液的強(qiáng)化地?zé)嵯到y(tǒng)(CO2-EGS)的研究.這一方法,避免了水注入地下后產(chǎn)生的一系列問題,在實(shí)現(xiàn)了CO2的資源化的同時(shí),又使其被儲存于地下介質(zhì)中.對CO2減排和可再生能源利用具有重要意義.4多學(xué)科、多領(lǐng)域的新課題,需要進(jìn)一步研究新的發(fā)展方向和應(yīng)用前景(1)我國深層地?zé)豳Y源存儲量豐富,可開發(fā)潛力巨大.深層地?zé)豳Y源開發(fā)是解決我國能源緊張和