地下熱能開發(fā)利用的現(xiàn)狀與展望

地下熱能開發(fā)利用的現(xiàn)狀與展望

現(xiàn)在，國際上廣泛被視為21世紀(jì)的“綠色能源”，這引起了世界許多國家的高度關(guān)注。我國是一個以中低溫地?zé)豳Y源為主的國家,近十年來地?zé)嶂苯永镁悦磕?0%速率增長,尤其在人口密集的大、中城市,人們對地?zé)岵膳?、保健、療養(yǎng)、旅游等方面的需求更為迫切,這是全國地?zé)崾袌鋈找媾d旺的根本。有廣闊內(nèi)需市場的牽動,同時又有豐富地?zé)豳Y源作保障,這就促使我國地?zé)嶂苯永玫氖袌瞿艿靡猿掷m(xù)的發(fā)展。我國地?zé)峁ぷ髡咄ㄟ^多年在這一領(lǐng)域的鉆探施工,總結(jié)了一系列的經(jīng)驗,提高了地?zé)嵘a(chǎn)井的成井率,為直接利用減少了風(fēng)險投資負(fù)擔(dān),增強了開發(fā)者的積極性。地?zé)徙@井技術(shù)作為開采地?zé)豳Y源的重要手段,就應(yīng)該對鉆井技術(shù)工作中的若干問題及時總結(jié),減少施工風(fēng)險,縮短開發(fā)周期,加快整體的開發(fā)效應(yīng),降低成本,擴大再生產(chǎn)的良好勢頭。由于地?zé)豳Y源與石油資源的開發(fā)技術(shù)有許多共同之處,因地質(zhì)條件各異而產(chǎn)生若干不同的問題,這對于地?zé)徙@探施工者來說,就必須認(rèn)真考慮。1異常高壓層型1.1對流熱源型這種地?zé)豳Y源有蒸氣型的可直接利用發(fā)電,熱水型中的溫度在180℃以上的也可直接利用發(fā)電。中溫的可取暖和雙管循環(huán)發(fā)電。1.2異常高壓層型1.3高溫巖層1.4巖漿異常高壓層型多在石油鉆探中遇到,它的動能源是利用鉆井孔隙中水的熱能、高壓水的機械能和溶解在水中的甲烷作用產(chǎn)生。對流熱源型地層特點是:1)由裂隙發(fā)育的變質(zhì)巖和火山巖構(gòu)成的地層較多;2)熱水型的地層壓力接近靜水壓力;3)蒸氣型的地層壓力相當(dāng)?shù)?4)鉆井液嚴(yán)重漏失;5)處于高溫、低pH、H2S、CO2等腐蝕性環(huán)境下;6)深度較淺,鉆進效率低,造成機械和管材損耗及疲勞等問題。2在地?zé)峋氖┕ぶ?，?yīng)注意以下幾點2.1延長鉆頭使用壽命在地下流體資源開發(fā)上,常常要求短期內(nèi)安全成井,降低成本。為此,希望延長鉆頭使用壽命,提高鉆進速度,縮短提下鉆時間,減輕工人勞動強度。其相關(guān)內(nèi)容有:鉆頭的用法,成井工藝的研究。根據(jù)地層情況和設(shè)備條件是采用一徑成井還是幾徑成井完成。2.2巖粉整體深刻控制,使用優(yōu)質(zhì)的藥劑護壁在泥漿漏失中,有部分泥漿流入地層,也有全漏失中斷循環(huán),伴隨泥漿漏失發(fā)生的事故有孔內(nèi)巖粉停滯而埋鉆的危險和鉆進效率下降,由于鉆孔液面下降,就會發(fā)生地層坍塌、泥漿沸騰和井噴。如果只考慮成本不能使用優(yōu)質(zhì)泥漿護壁攜帶巖粉等,都會產(chǎn)生嚴(yán)重問題。所以,應(yīng)注意的問題有:泥漿漏失的量、位置、原因的判斷,泥漿漏失鉆進產(chǎn)生的后果,如何進行堵漏。2.3防止微膠凝化在地?zé)釒с@進方面應(yīng)注意的問題是:鉆頭使用壽命、防止泥漿膠凝化和固化、防止泥漿比熱下降、防止井內(nèi)的冷卻和沸騰。研制一種新的耐熱泥漿和冷卻循環(huán)泥漿的方法。2.4漏失地層的灌漿效果用水泥灌漿把套管固定在孔內(nèi),來處理好漏失地層,這種方法值得探討并怎樣判斷水泥灌漿的效果,這是一個關(guān)鍵?，F(xiàn)迫切研制高溫下保持稠化時間、不發(fā)生弱化的水泥。2.5研制不含膨潤土沖洗液含水層的鉆進及成井由于裂隙發(fā)育,經(jīng)常會遇到大量漏失,為防止含水層污染,要研制不含膨潤土的沖洗液,并要盡可能采用氣舉反循環(huán)鉆進工藝。2.6定向輻射井開挖為了從同一孔位鉆進若干個生產(chǎn)井和倒灌井,今后應(yīng)發(fā)展定向鉆進。關(guān)鍵問題是如何解決高溫和堅硬巖層對方位、傾斜的測定。2.7物理檢測對于含水層的位置和判斷地層流體的性質(zhì),如何研制高溫下的物探測井設(shè)備。2.8地表和地下水環(huán)境地?zé)衢_發(fā)所產(chǎn)生的環(huán)境問題有如下幾點:1)特殊臭味、瓦斯及微粒子的擴散。2)噪音。3)鹽水的擴散。4)風(fēng)景的變化。5)地層下沉。6)地面水和地下水的污染。7)生態(tài)系統(tǒng)受影響。3熱勘探設(shè)備的開發(fā)特點3.1簡單的修理地?zé)徙@探為組裝拆卸方便,縮短施工周期,鉆機的各部件應(yīng)整體化,輕重量。3.2巖石破碎、高溫地?zé)徙@探屬大口徑鉆探,所鉆巖層多是堅硬、破碎、高溫的巖石。鉆頭的鉆壓、回轉(zhuǎn)是鉆進的重要因素,所以卷揚機應(yīng)有足夠的能力,并有提高鉆進速度和省力的自動鉆進裝置。3.3高溫、高溫、高溫等強循環(huán)泥漿接觸高溫地層后,立刻被加熱到沸點,有涌噴的危險,且高溫對鉆頭的影響很大,泥漿本身的性能也起變化,會導(dǎo)致井壁發(fā)生坍塌等。為能比較安全地控制井內(nèi)溫度,必須配有與泥漿冷卻裝置相配合的大排量泥漿泵。3.4熱蒸氣涌噴防治地?zé)徙@井同石油鉆井一樣,在鉆探過程中,由于井內(nèi)狀態(tài)急劇變化會產(chǎn)生熱水或熱蒸氣涌噴,該裝置有能迅速防止涌噴的耐熱性防護設(shè)備。在我國目前還是借用石油鉆井用防噴器來達(dá)到此種目的。4非熱鉆井隊伍的技術(shù)管理眾所周知,地?zé)峋且粋€重要的地下工程,其質(zhì)量的好壞不僅影響地?zé)豳Y源的開發(fā)利用,而且還對地域地下水資源造成嚴(yán)重的威脅。從我國地?zé)徙@井隊伍來看,主要涉及地礦、煤田、石油等行業(yè),同時還存在著一部分個人鉆機等,其技術(shù)水平和施工質(zhì)量參差不齊,主要反映在設(shè)備、鉆井工藝方法及成井工藝等方面。我隊為了搞好這一工作,還特意設(shè)立了地?zé)徙@井機臺,從設(shè)備、工藝方法。人員組成都是最佳選擇。4.1zg-45型鉆機由于地?zé)峋诒狈揭话憧咨疃酁?000～4000m之間,我隊為了安全可靠的施工,鉆機選用寶雞石油機械廠生產(chǎn)的ZG-45型,該鉆機可鉆孔深達(dá)4500m左右。鉆機整個配套均按石油鉆井設(shè)施進行,可拆性強,機械化程度較高,鉆井過程中檢測手段先進,同時鉆機的勞動強度也比石家莊煤機廠、張家口探礦機械廠生產(chǎn)的地?zé)峋@機低很多。4.2非高壓力泥漿泵地層鉆頭泥漿泵的選用好與壞,直接關(guān)系到鉆進效率的提高,我們本著這個原則選用的泥漿泵為青州石油機械廠生產(chǎn)的3NB-1300型,此種泥漿泵由于功率大,排量和壓力也高,正循環(huán)鉆進時盡可能減少巖屑重復(fù)破碎。但在深層地?zé)徙@探中,我們曾經(jīng)有過教訓(xùn),現(xiàn)深深體會到,要想提高鉆井效率,必須選擇大泵量、高壓力的泥漿泵。因為排量大、上返速度高、攜帶巖屑能力強,井底較干凈,減少了埋鉆等井內(nèi)事故。所以,鉆井效率提高當(dāng)然就有了保證。4.3初步統(tǒng)計效益目前,雖然在工程鉆探施工領(lǐng)域工藝和手段較多,但大多數(shù)在地?zé)峋┕み€是以正循環(huán)泥漿鉆進為主,我們隊曾在2003年推廣應(yīng)用了氣舉反循環(huán)鉆進技術(shù),除在大口徑煤礦瓦斯排放井采用外,主要還是配備在深水井地?zé)徙@探施工方面,充分發(fā)揮此種工藝鉆進的優(yōu)越性,據(jù)初步統(tǒng)計,氣舉反循環(huán)比泥漿正循環(huán)鉆進效率提高1～2倍,鉆探成本降低1/3,鉆頭壽命提高1～2倍,出水量增大1/3,具有不污染、不堵塞含水層、孔底干凈、效率高、且不用泥漿,減少了許多麻煩,優(yōu)越性已被大家所公認(rèn)。鉆井結(jié)構(gòu)一般在二~四開,地層不復(fù)雜,孔深在1000~2500m時,多采用二~三開。技術(shù)套管常用石油套管,一開339.7mm或244.5mm,二開177.8mm,三開139.7mm或127mm,套管鋼級為J55或N80。地?zé)豳Y源