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地?zé)崮芸碧介_(kāi)發(fā)與綜合利用概論第1章地?zé)崮芨攀龅?章地?zé)豳Y源勘探與評(píng)價(jià)第3章地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)工程第4章地?zé)崮芫C合利用第5章地?zé)岚樯Y源與“地?zé)?”綜合開(kāi)發(fā)利用第6章地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用的環(huán)境效應(yīng)全套可編輯PPT課件第一章

地?zé)崮芨攀龅責(zé)崮芑靖拍畹責(zé)嵯到y(tǒng)基本特征地?zé)豳Y源分類全球地?zé)豳Y源分布規(guī)律全套可編輯PPT課件地?zé)崮埽旱厍蚴且粋€(gè)巨大的能源寶庫(kù),越向地球深部,溫度就越高。這種以熱能為主要形式儲(chǔ)存于地球內(nèi)部的熱量就是地?zé)崮?。地?zé)崮軄?lái)源:一部分來(lái)源于地球深部的高溫熔融體,另一部分來(lái)源于巖石中放射性元素(U、Th、K)的衰變。1、地?zé)崮芨拍钊卓删庉婸PT課件2、地?zé)嵯到y(tǒng)基本特征按照賦存狀態(tài),地?zé)崮芸煞譃樗姆N類型:①

水熱型地?zé)崮堍?/p>

地壓地?zé)崮堍壅羝偷責(zé)崮堍?/p>

干熱巖地?zé)崮堍?/p>

巖漿型熱能3、地?zé)崮芊诸惛哂?5℃的地下水稱為地下熱水,并細(xì)分為:25-40℃溫水40-60℃溫?zé)崴y(tǒng)稱低溫地?zé)豳Y源60-90℃熱水90-150℃中溫地?zé)豳Y源﹥150高溫地?zé)豳Y源3、地?zé)崮芊诸惛鶕?jù)地?zé)崃黧w溫度及開(kāi)發(fā)利用目的,可將水熱型地?zé)豳Y源分為:高溫(>150℃)中溫(90~150℃)低溫(<90℃)高溫主要用于地?zé)岚l(fā)電,而后者主要用于地?zé)嶂苯永?供暖、制冷、工農(nóng)業(yè)用熱和旅游療養(yǎng)等)。3、地?zé)崮芊诸惛鶕?jù)地?zé)崃黧w溫度及開(kāi)發(fā)利用目的,可將水熱型地?zé)豳Y源分為:高溫(>150℃)中溫(90~150℃)低溫(<90℃)高溫主要用于地?zé)岚l(fā)電,而后者主要用于地?zé)嶂苯永?供暖、制冷、工農(nóng)業(yè)用熱和旅游療養(yǎng)等)。3、地?zé)崮芊诸?、全球地?zé)豳Y源分布規(guī)律地球熱含量約為1.25×1027J,折合4.27×1017噸標(biāo)準(zhǔn)煤。離地表5000米深,15℃以上的巖石和液體的總含熱量約為14.5×1025J,折合4.948×1016噸標(biāo)準(zhǔn)煤的熱量。全球儲(chǔ)量第二章

地?zé)豳Y源勘探與評(píng)價(jià)地?zé)崴畞?lái)源分析地?zé)崴挲g分析熱儲(chǔ)溫度分析PFA評(píng)價(jià)方法絕大部分地?zé)嵯到y(tǒng)中的地?zé)崴畞?lái)自于大氣降水。地?zé)崴鹪词紫纫接懫渑c大氣降水的關(guān)系??梢酝ㄟ^(guò)地?zé)崴凰亟M成在δD——δ18O圖上的位置,與大氣降水線的關(guān)系來(lái)判斷。1.地?zé)崴畞?lái)源分析(1)確定地?zé)崴梢蚺c熱儲(chǔ)溫度范圍一般來(lái)說(shuō),高溫?zé)醿?chǔ)中地?zé)崴摩?8O值較大,即存在“氧漂移”現(xiàn)象。這是由于高溫下地?zé)崴c巖石發(fā)生同位素交換所致,而且溫度越高,地?zé)崴畯膸r石中獲得的18O越多,氧漂移現(xiàn)象越明顯??蓳?jù)此初步判斷熱儲(chǔ)溫度的范圍。1.地?zé)崴畞?lái)源分析

大氣降水滲入地下后,有多個(gè)作用過(guò)程影響著其同位素組成。對(duì)它進(jìn)行分析,可以有效地解決地?zé)崴钠鹪磁c補(bǔ)給源,確定熱儲(chǔ)溫度范圍,研究混合作用等。同位素示蹤1.地?zé)崴畞?lái)源分析大氣降水的氘和氧-18值隨地形高程增加而降低,稱之為高程效應(yīng)。借助研究區(qū)內(nèi)大氣降水的高程效應(yīng)可以推測(cè)地下水補(bǔ)給區(qū)的位置和高度。為避免“氧飄移”的影響,常用δD來(lái)估算地下水補(bǔ)給區(qū)的高程。地?zé)崴a(bǔ)給區(qū)的海拔高度可用下式加以確定:(2)確定地?zé)崴难a(bǔ)給高度1.地?zé)崴畞?lái)源分析式中:H為同位素補(bǔ)給高度(補(bǔ)給區(qū)標(biāo)高),m;

h為取樣點(diǎn)標(biāo)高,m;

δS為地下水的δD值,‰;

δP為大氣降水中的δD值,‰;

K為同位素高度梯度,相當(dāng)于海拔高度每變化100m時(shí)的δD值變化量,δD高度梯度約為-2.5‰/100m~-2.0‰/100m。計(jì)算出補(bǔ)給高程后,結(jié)合研究區(qū)的地質(zhì)條件和地質(zhì)構(gòu)造就可以判斷地?zé)崽锏难a(bǔ)給區(qū)范圍。1.地?zé)崴畞?lái)源分析式中的δD混合、δD1、δD2分別為地?zé)崴蛢蓚€(gè)補(bǔ)給源的δD值,‰。假設(shè)地?zé)崴怯蓛蓚€(gè)不同補(bǔ)給水源的水混合而成。若已知兩個(gè)補(bǔ)給源的同位素組成,按照質(zhì)量守恒原理可計(jì)算兩個(gè)補(bǔ)給源各自所占的份額,其計(jì)算公式為:(3)計(jì)算不同補(bǔ)給源之間的混合比列1.地?zé)崴畞?lái)源分析

用同位素法確定各種來(lái)源水的混合比例時(shí),必須具備下列條件:①參加混合的兩種以上的水中D或18O含量必須存在明顯差異;②同位素含量必須在時(shí)間上保持穩(wěn)定;③水的同位素成分不因同含水層巖石相互作用而發(fā)生改變。1.地?zé)崴畞?lái)源分析判別地?zé)崴牡貧?、地幔、混合?lái)源的圖解Hoke,20001.地?zé)崴畞?lái)源分析氦(He)主要存在于地球內(nèi)部,大氣中的氦含量遠(yuǎn)較地球內(nèi)部流體中的低。He有3種來(lái)源:①大氣大氣中的氦是地球脫氣的產(chǎn)物,對(duì)流層中的3He/4He值為1.39×10-6;②地殼地殼中的氦主要來(lái)源于放射性元素衰變和地殼演化繼承的氦,其3He/4He值為2.0×10-8;③地幔以捕獲的原始氦為主,其3He/4He值為1.1×10-51.地?zé)崴畞?lái)源分析練習(xí)根據(jù)He同位素組成分析以下樣品點(diǎn)地?zé)崴臉?gòu)造來(lái)源?地?zé)崴哪挲g是指地?zé)崴跓醿?chǔ)層中的“滯留”時(shí)間,即從補(bǔ)給區(qū)下滲通過(guò)深循環(huán)在熱儲(chǔ)層中徑流直至排泄到地表的時(shí)間。測(cè)定地?zé)崴挲g的方法有:①同位素法;②惰性氣體法;③水動(dòng)力法。2.地?zé)崴挲g分析地?zé)崃黧w的放射性同位素利用地?zé)崴腥芙獾?H和14C,36Cl、81Kr等放射性同位素可以測(cè)定熱水的年齡,計(jì)算公式如下:式中:t為地?zé)崴哪挲g,a;

T1/2為放射性同位素的半衰期,14C為5730±40a,3H為12.26a;

A0為放射性同位素的初始濃度,%;

At為放射性元素t時(shí)刻的濃度或?qū)崪y(cè)的濃度,%。2.地?zé)崴挲g分析2.地?zé)崴挲g分析活塞流2.地?zé)崴挲g分析在研究和開(kāi)發(fā)利用地?zé)崽锏倪^(guò)程中,必須合理估算深部熱儲(chǔ)層的溫度。熱儲(chǔ)溫度是劃分地?zé)嵯到y(tǒng)的成因類型和評(píng)價(jià)地?zé)豳Y源潛力所不可缺少的重要參數(shù)。熱儲(chǔ)溫度的獲得方式:3.熱儲(chǔ)溫度分析直接測(cè)量地溫梯度推算法地球化學(xué)溫標(biāo)計(jì)算地球化學(xué)地?zé)釡貥?biāo)(geochemical?geothermometer)是利用地下熱水的化學(xué)組分濃度或濃度比計(jì)算地下熱儲(chǔ)溫度的方法。其中能夠據(jù)以計(jì)算地下溫度的稱定量地?zé)釡貥?biāo),只能得出相對(duì)溫度的稱定性地?zé)釡貥?biāo)。每個(gè)地?zé)釡貥?biāo)都有一定的適用條件。因此,用地?zé)釡囟扔?jì)評(píng)價(jià)地下熱儲(chǔ)溫度時(shí),必須考慮熱田地質(zhì)、水文地質(zhì)和地球化學(xué)條件,同時(shí)還要考慮樣品采集和分析化驗(yàn)過(guò)程。一般認(rèn)為地?zé)釡貥?biāo)主要用于高溫?zé)崽锏脑u(píng)價(jià)。但是,在有些情況下,如果小于150℃的中低溫?zé)崽锬軌蚍系責(zé)釡貥?biāo)所要求的條件,特別是深部熱水向上運(yùn)移過(guò)程中基本符合熱力學(xué)的“絕熱過(guò)程”,用地?zé)釡貥?biāo)評(píng)價(jià)中低溫?zé)醿?chǔ)也是可以的。3.熱儲(chǔ)溫度分析地球化學(xué)地?zé)釡貥?biāo)估算地下溫度的基本假設(shè):①深部發(fā)生的反應(yīng)只與溫度有關(guān)。②與溫度有關(guān)的反應(yīng)所涉及的所有組分都有足夠的豐度(即反應(yīng)物質(zhì)的補(bǔ)給量不成為限制因素。③在熱儲(chǔ)溫度下,水-巖體系間的反應(yīng)達(dá)到平衡。④當(dāng)水從熱儲(chǔ)流向地表時(shí),在較低的溫度下,組分間不發(fā)生再平衡,或者變化很小。⑤來(lái)自系統(tǒng)深部的熱水沒(méi)有和淺部冷地下水相混合,或者可能估計(jì)出這種混合的結(jié)果。3.熱儲(chǔ)溫度分析目前,不同學(xué)者提出的溫標(biāo)方法已有20多種。可分為兩大類:一類是SiO2溫標(biāo),另一類是陽(yáng)離子溫標(biāo)。假定石英溶解度在高溫時(shí)達(dá)到平衡,溶液上行冷卻過(guò)程中不發(fā)生稀釋和沉淀使用二氧化硅地?zé)釡貥?biāo)時(shí)所要考慮以下因素:①蒸汽分離的影響;②采樣前二氧化硅可能產(chǎn)生沉淀或凝聚作用;③采樣后由于保存不善可能產(chǎn)生凝聚作用;④除石英外,水溶二氧化硅是否受其他固相物質(zhì)控制;⑤pH值對(duì)石英溶解度的影響;⑥熱水上升過(guò)程中被冷水稀釋的情況。二氧化硅地?zé)釡貥?biāo)的一系列方程式,通常用來(lái)描述飽和壓力下的石英溶解度,如果充分考慮上述因素的影響,從0~250℃,二氧化硅溫標(biāo)的計(jì)算誤差僅有±2℃.但在250℃以上,由于石英出現(xiàn)重復(fù)平衡。方程式將明顯偏離實(shí)驗(yàn)曲線.所以溫度大于250℃的地下熱儲(chǔ)不能用二氧化硅溫標(biāo),而要用Na—K溫標(biāo)。SiO2地?zé)釡貥?biāo)3.熱儲(chǔ)溫度分析

陽(yáng)離子溫標(biāo)是利用熱水中陽(yáng)離子比值與溫度之間關(guān)系建立起來(lái)的經(jīng)驗(yàn)近似方法,主要有K-Na、K-Mg地?zé)釡貥?biāo)等。

K-Na地?zé)釡貥?biāo)不適用于pH遠(yuǎn)小于7的酸性、富鈣熱水(如出現(xiàn)鈣華)及發(fā)生了混合的熱水。K—Mg地?zé)釡貥?biāo)適用于熱儲(chǔ)層埋藏不太深尤其是中低溫地下熱流系統(tǒng)。K-Na和K-Mg溫標(biāo)3.熱儲(chǔ)溫度分析天然熱水中鈉、鉀離子的含量隨著溫度的升高而有規(guī)律地變化。多年的實(shí)驗(yàn)研究表明,用Na-K地?zé)釡貥?biāo)評(píng)價(jià)180~350℃的高溫?zé)醿?chǔ)的溫度有良好效果。對(duì)于低于120℃的儲(chǔ),特別是熱水中富含鈣和地表有鈣華沉積的熱泉水,用Na-K地?zé)釡貥?biāo)評(píng)價(jià)熱儲(chǔ)溫度將會(huì)得出錯(cuò)誤結(jié)果。Na-K地?zé)釡貥?biāo)一般適用于中性或弱堿性氯化物水,其鈉鉀比一般在8~20之間,對(duì)于pH<7的酸性水不能用Na-K地?zé)釡貥?biāo)來(lái)評(píng)價(jià)地下熱儲(chǔ)的溫度。Na-K地?zé)釡貥?biāo)很少受冷水稀釋和蒸汽分離的影響,因而較普遍地用于高溫?zé)崽?。這是因?yàn)橄鄬?duì)于地?zé)崃黧w來(lái)說(shuō),混入的流體只能提供很少量的鈉、鉀離子。Na-K地?zé)釡貥?biāo)3.熱儲(chǔ)溫度分析熱水汽化后的蒸汽散失和汽水的混入都會(huì)影響Na-K-Ca地?zé)釡貥?biāo)的計(jì)算精度,主要原因是汽化沸騰后散失,因而產(chǎn)生CaCO3的沉淀。水中溶解鈣離子的損失將使計(jì)算的溫度大大偏高。如果熱水的礦化度大大高于混入的冷水,且冷水?dāng)?shù)量不大時(shí),冷水對(duì)Na-K-Ca地?zé)釡貥?biāo)的影響可以忽略。但是,如混入冷水的鈣含量超過(guò)熱水鈣含量的20%~30%時(shí),混合的影響就應(yīng)予以考慮。當(dāng)Na-K-Ca地?zé)釡貥?biāo)用于含鎂離子較高的熱水時(shí),也會(huì)算出異常高的結(jié)果,可參考有關(guān)文獻(xiàn)用鎂離子加以校正。Na-K-Ca地?zé)釡貥?biāo)3.熱儲(chǔ)溫度分析能把溶解態(tài)二氧化硅攜至地表的熱水一般來(lái)自溫度超過(guò)180℃的熱儲(chǔ),因此硅華是地下存在高溫的良好標(biāo)志。硅華3.熱儲(chǔ)溫度分析鈣華的形成指示地下熱儲(chǔ)的溫度較低,一般小于150℃。鈣華3.熱儲(chǔ)溫度分析硫華的形成指示地下熱儲(chǔ)的溫度更低,100℃左右。硫華3.熱儲(chǔ)溫度分析3.熱儲(chǔ)溫度分析不同的溫標(biāo)有不同的適用條件:SiO2溫標(biāo)廣泛用于計(jì)算較低焓值的熱儲(chǔ)溫度Na-K溫標(biāo)適合用于估算超過(guò)180℃的熱儲(chǔ)溫度Na-K-Ca溫標(biāo)則更適合于富Ca型的地?zé)嵯到y(tǒng)3.熱儲(chǔ)溫度分析在給定的溫度條件下,經(jīng)過(guò)一段時(shí)間之后,飽和的多孔巖石中,可建立起溶解平衡,巖石中僅有一小部分成分進(jìn)入溶液。lnC=ΔH/(RT)+x1其中C是平衡常數(shù),ΔH是熱焓,R是氣體常數(shù),T是絕對(duì)溫度,x1是積分常數(shù)。溶解物質(zhì)的平衡常數(shù)之對(duì)數(shù)與溫度呈反比。溫標(biāo)分析的理論基礎(chǔ)3.熱儲(chǔ)溫度分析

使用離子溫標(biāo)時(shí)一個(gè)最為重要的前提是熱儲(chǔ)中水巖反應(yīng)必須達(dá)到平衡。3.熱儲(chǔ)溫度分析水-巖反應(yīng)平衡的判別Giggenbach,19883.熱儲(chǔ)溫度分析其他溫標(biāo)同位素地質(zhì)溫度計(jì)鹽-礦石中的微量元素石榴石-輝石溫度計(jì)白云石-方解石溫度計(jì)3.熱儲(chǔ)溫度分析4.PFA評(píng)價(jià)方法4.PFA評(píng)價(jià)方法第3章地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)工程CONTENTS目錄工程地質(zhì)條件Engineeringgeologicalconditions1鉆井與完井工程Drilling&Completions2壓裂工程及檢測(cè)技術(shù)Fracturingengineeringandtestingtechnology3地?zé)峋_(kāi)發(fā)技術(shù)Geothermalwelldevelopmenttechnology4地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)數(shù)值模擬技術(shù)Numericalsimulationtechniquesforthedevelopmentofgeothermalenergy501工程地質(zhì)條件在進(jìn)行鉆井之前,充分了解地區(qū)的工程地質(zhì)資料(如巖石的工程力學(xué)性質(zhì)和地層壓力特性)至關(guān)重要,這是設(shè)計(jì)和執(zhí)行鉆井的基礎(chǔ)。窮究于理,成就于工地層壓力特征鉆井的主要挑戰(zhàn)之一是處理破碎的地層巖石。地層巖石處于復(fù)雜的環(huán)境中,特別是地層壓力系統(tǒng)的存在,不僅影響巖石的力學(xué)性質(zhì),也對(duì)鉆井安全構(gòu)成潛在威脅。在鉆井工程中,準(zhǔn)確評(píng)估地層壓力和地層破裂壓力是科學(xué)進(jìn)行鉆井設(shè)計(jì)和施工的基礎(chǔ)。靜液柱壓力:液柱自身的重力而產(chǎn)生的壓力

上覆巖層壓力:該處以上地層巖石基質(zhì)和孔隙中流體總重力所產(chǎn)生的壓力地層壓力:巖石孔隙中流體所施加的壓力基巖應(yīng)力:由巖石顆粒之間相互接觸而支撐的那部分上覆巖層壓力異常壓力:異常低壓和異常高壓巖石特性變形特性1彈性變形——可逆變形塑性變形——不可逆變形強(qiáng)度特性2抗壓強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度抗剪強(qiáng)度抗彎強(qiáng)度三軸應(yīng)力試驗(yàn)破壞特性3脆性——無(wú)明顯的形狀改變塑性——只改變其形狀和大小,而不改變連續(xù)性硬度特性4巖石的力學(xué)性質(zhì)受其構(gòu)造特征和結(jié)構(gòu)特征的影響。巖石的機(jī)械性質(zhì)涉及其受力后的變形特性、強(qiáng)度特性、以及脆性、塑性和硬度等。摩式硬度巖石壓入硬度02鉆井與完井工程地?zé)徙@井技術(shù)是指為了獲取地下地?zé)豳Y源而進(jìn)行的鉆孔作業(yè)。固井與完井工程在地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)中扮演著至關(guān)重要的角色,直接影響著井的生產(chǎn)壽命和生產(chǎn)效率。鉆進(jìn)工具——鉆頭刮刀鉆頭切削結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,制造方便但難以鉆進(jìn)硬且高研磨性地層牙輪鉆頭沖擊、壓碎、剪切具有較高的鉆進(jìn)效率可以適應(yīng)多種巖石性質(zhì)金剛石鉆頭刮削、剪切最硬、抗壓強(qiáng)度最高抗磨耗能力最強(qiáng)受沖擊易破裂熱穩(wěn)定性差鉆進(jìn)工具——鉆井液、鉆柱鉆柱是水龍頭以下、鉆頭以上全部管柱的總稱,是連通地面及地下的樞紐。其基本組成有方鉆桿、鉆桿、加重鉆桿、鉆鋌、各種接頭等。具體功用:起下鉆頭、施加鉆壓、輸送鉆井液、傳遞地面動(dòng)力、計(jì)算井深、了解判斷井下復(fù)雜情況、輔助測(cè)試及處理井下事故。鉆柱示意圖鉆井液示意圖鉆井液是指鉆井過(guò)程中以其多種功能滿足鉆井工作需要的各種循環(huán)流體的總稱。鉆井液是鉆井工程的一個(gè)重要組成部分,稱為鉆井的血液。具體功能:清洗和攜帶巖屑、形成濾餅、控制井壁壓力、提高鉆井效率、冷卻和潤(rùn)滑、保護(hù)儲(chǔ)集層和環(huán)境。井眼軌跡設(shè)計(jì)與控制主要方法:平均角法、曲率半徑法測(cè)斜儀器在一定間隔測(cè)量點(diǎn)之間進(jìn)行測(cè)量,結(jié)果不連續(xù);需要利用數(shù)學(xué)計(jì)算方法進(jìn)行曲線擬合,獲得連續(xù)的井眼軌跡。井眼軌跡測(cè)量及計(jì)算井眼軌跡是指一口已鉆成井的實(shí)際井眼軸線形狀。井眼軌跡控制則是采用各種技術(shù)手段,確保鉆頭沿著設(shè)計(jì)的井眼軌道進(jìn)行鉆進(jìn)。主要方法:轉(zhuǎn)盤(pán)鉆具組合、井下動(dòng)力鉆具組合無(wú)法完全鉆出垂直井眼防斜是鉆井的重要議題定向鉆井技術(shù)防斜、造斜、增斜到穩(wěn)斜和降斜井眼軌跡控制水平鉆井結(jié)合水力壓裂技術(shù),更好地接觸地下儲(chǔ)層旋轉(zhuǎn)導(dǎo)向鉆井技術(shù),可以鉆出具有復(fù)雜井眼軌跡的井孔干熱巖鉆井毫米波鉆探技術(shù),克服傳統(tǒng)鉆探在深層資源開(kāi)發(fā)的限制固井與完井15234套管柱強(qiáng)度設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)出足夠強(qiáng)度的套管柱,以保證入井后能夠經(jīng)受各種外載的作用“既安全又經(jīng)濟(jì)"的原則注水泥工藝與技術(shù)通過(guò)井口,將水泥漿注入套管柱與井壁之間的環(huán)空,以實(shí)現(xiàn)固結(jié)套管柱和井壁封隔井眼內(nèi)不同壓力層系的層,為后續(xù)鉆進(jìn)或其他生產(chǎn)操作提供條件完井技術(shù)建立目的層與井底之間的有效通道主要完井方法:裸眼完井射孔完井防砂完井特殊工藝完井地?zé)嵛菜毓鄬牡叵鲁樯蟻?lái)的地?zé)嵛菜?jīng)過(guò)處理后再次注入到地下,形成封閉的循環(huán)系統(tǒng)主要步驟:處理和凈化地下注入滲流與循環(huán)環(huán)境監(jiān)測(cè)地?zé)崴栏拦傅責(zé)崴写嬖诘乃嵝晕镔|(zhì)、溶解氣體以及高溫高壓環(huán)境條件,這些因素共同作用導(dǎo)致管道材料與地?zé)崴l(fā)生化學(xué)反應(yīng),引發(fā)腐蝕現(xiàn)象防腐方法:合適的耐蝕材料添加涂層陰極保護(hù)技術(shù)化學(xué)緩蝕劑03壓裂工程及監(jiān)測(cè)技術(shù)壓裂是地?zé)衢_(kāi)發(fā)中最常見(jiàn)的增產(chǎn)手段。干熱巖開(kāi)發(fā)的核心工作就是人工壓裂,壓裂的效果將直接影響干熱巖開(kāi)發(fā)的效率。壓裂工藝常用技術(shù)滑溜水壓裂循環(huán)/疲勞壓裂0102傳統(tǒng)水力壓裂液示意圖循環(huán)壓裂液示意圖前瞻性技術(shù)清水剪切壓裂超臨界二氧化碳?jí)毫鸭夹g(shù)液氮壓裂技術(shù)地?zé)峋畨毫褏?shù)優(yōu)化壓裂液性質(zhì)壓裂壓力壓裂液注入速率壓裂階段和順序壓裂液回收和處理0304地?zé)峋畨毫央y題巖石強(qiáng)度大,起裂壓力高,存在誘發(fā)地震風(fēng)險(xiǎn)。裂縫單一,難以形成縫網(wǎng),容易引起熱短路。裂縫延伸不可控,注采井溝通困難。壓裂監(jiān)測(cè)技術(shù)常用壓裂監(jiān)測(cè)地面微地震監(jiān)測(cè)大地電磁法監(jiān)測(cè)地面測(cè)斜儀監(jiān)測(cè)01TEXT02TEXT03TEXT井間微地震砂體分析構(gòu)造分析儲(chǔ)層分析光纖監(jiān)測(cè)拉曼溫度測(cè)量布里淵應(yīng)變測(cè)量分布式聲學(xué)傳感井間地震工作原理示意圖井間地震、井間地震低通濾波和地面地震聯(lián)合構(gòu)造解釋剖面光纖電纜結(jié)構(gòu)光纖傳感基本原理壓裂井與監(jiān)測(cè)井(布設(shè)光纖)示意圖L1線和L2線井間地震縱波阻抗反演剖面04地?zé)峋_(kāi)發(fā)技術(shù)目前,全球范圍內(nèi)幾乎所有地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)都采用了灌采方式。除了傳統(tǒng)的灌采方式,還出現(xiàn)了其他一些值得參考的新技術(shù),如重力熱管采熱、連通井閉循環(huán)采熱以及多分支井灌采采熱。這些技術(shù)為地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)提供了多樣化的選擇。地?zé)峋_(kāi)發(fā)技術(shù)灌采井間開(kāi)發(fā)高溫地下水被采出利用,低溫尾水則回灌到地層中。隨著水溫再次升高,進(jìn)行復(fù)采,實(shí)現(xiàn)循環(huán)利用。連通井開(kāi)發(fā)在連接井中泵入循環(huán)工質(zhì),在經(jīng)過(guò)水平井段和直井時(shí)從深層巖土體中吸收熱量,然后將熱水供應(yīng)到熱泵供暖系統(tǒng)中,經(jīng)冷卻后再返回到U型井的井下?lián)Q熱系統(tǒng)。超長(zhǎng)重力熱管開(kāi)發(fā)采用冷凝段、絕熱段和蒸發(fā)段的結(jié)構(gòu),通過(guò)在重力熱管中注入水、液氨等工質(zhì),并將內(nèi)部抽成負(fù)壓狀態(tài),實(shí)現(xiàn)地?zé)崮艿膫鬏敗GS系統(tǒng)開(kāi)發(fā)通過(guò)水力壓裂等工程手段,在地下深部低滲透性巖體中創(chuàng)建人工地?zé)醿?chǔ)層,通過(guò)裂縫網(wǎng)絡(luò)連通注入井和生產(chǎn)井,以循環(huán)工質(zhì)的方式提取熱能,進(jìn)行利用。多分支對(duì)井取熱開(kāi)發(fā)示意圖U型井示意圖重力熱管示意圖EGS提出過(guò)程05地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)數(shù)值模擬技術(shù)地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)是一個(gè)涉及多學(xué)科、多物理量和多時(shí)空尺度的復(fù)雜傳熱、流動(dòng)、力學(xué)和化學(xué)多場(chǎng)耦合過(guò)程。數(shù)值模擬可以針對(duì)不同地質(zhì)背景下的干熱巖熱儲(chǔ)層進(jìn)行模擬,研究EGS的多時(shí)空尺度的多場(chǎng)耦合過(guò)程,揭示物理量的演化規(guī)律,評(píng)估儲(chǔ)層的熱采性能并預(yù)測(cè)儲(chǔ)層的壽命。多場(chǎng)數(shù)值模擬理論ADDYOURTITLEHEREADDYOURTITLEHERE

熱—流(TH)耦合模型主要關(guān)注流體熱物性隨溫度和壓力變化的影響,以及對(duì)流體流動(dòng)和換熱的影響。01熱—流—固(THM)耦合模型在地?zé)嵯到y(tǒng)中,注入冷水會(huì)引起儲(chǔ)層熱應(yīng)力和流體超壓,從而改變儲(chǔ)層內(nèi)部的應(yīng)力場(chǎng),導(dǎo)致裂縫和孔隙形態(tài)發(fā)生變化。02熱—流—化(THC)耦合模型注入冷水會(huì)破壞儲(chǔ)層的化學(xué)平衡,引發(fā)水巖反應(yīng),從而改變儲(chǔ)層的孔隙結(jié)構(gòu)和裂縫形態(tài),進(jìn)而影響水力性質(zhì)和輸運(yùn)性質(zhì),如孔隙度和滲透率。03熱—流—固—化(THMC)耦合模型由于化學(xué)場(chǎng)與其他物理場(chǎng)的耦合作用時(shí)間尺度較大,目前對(duì)THMC耦合模型的研究較少。04THMC多場(chǎng)耦合01Text02Text03Text04Text感謝觀看!63第四章

地?zé)崮芫C合利用64主要內(nèi)容一、地?zé)岚l(fā)電原理與技術(shù)二、地?zé)峁┡c制冷技術(shù)三、地下儲(chǔ)熱系統(tǒng)四、地?zé)崮芷渌眉夹g(shù)65干蒸汽從蒸汽井中引出,分離器分離出固體雜質(zhì)和不凝氣體,將蒸汽通入透平驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電,產(chǎn)生的乏汽經(jīng)過(guò)冷凝器完全冷凝為液態(tài)后回灌至地下或直接排入大氣,乏汽還可用于工業(yè)生產(chǎn)中的其他加熱過(guò)程全球共有63座干蒸汽地?zé)岚l(fā)電站,主要分布在美國(guó)、意大利和日本等國(guó)家,裝機(jī)容量約占全球地?zé)峥傃b機(jī)容量的22%干蒸汽發(fā)電系統(tǒng)一、地?zé)岚l(fā)電原理與技術(shù)干蒸汽發(fā)電系統(tǒng)示意圖熱力循環(huán)溫-熵圖Larderello地?zé)岚l(fā)電站66單級(jí)閃蒸發(fā)電系統(tǒng)一、地?zé)岚l(fā)電原理與技術(shù)深層高壓地?zé)崴?jīng)過(guò)閃蒸器進(jìn)行降壓閃蒸(或稱擴(kuò)容)使其產(chǎn)生部分蒸汽,再通入汽輪機(jī)做功發(fā)電,也稱為減壓擴(kuò)容法地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)根據(jù)地?zé)崴ㄟ^(guò)閃蒸器的次數(shù)可將其分為單級(jí)和雙級(jí)閃蒸系統(tǒng)單級(jí)閃蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)單級(jí)閃蒸系統(tǒng)熱力循環(huán)溫-熵圖67兩級(jí)閃蒸發(fā)電系統(tǒng)一、地?zé)岚l(fā)電原理與技術(shù)基于單級(jí)閃蒸系統(tǒng)的改進(jìn),經(jīng)擴(kuò)容后的地?zé)崃黧w再次送入二級(jí)閃蒸器進(jìn)行二次閃蒸擴(kuò)容,擴(kuò)容產(chǎn)生的蒸汽送入透平低壓級(jí)繼續(xù)做功發(fā)電與單級(jí)閃蒸系統(tǒng)相比較,可提高發(fā)電量15%~20%兩級(jí)閃蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)兩級(jí)閃蒸系統(tǒng)熱力循環(huán)溫-熵圖68西藏羊八井地?zé)犭娬疽弧⒌責(zé)岚l(fā)電原理與技術(shù)該電站是國(guó)內(nèi)最大,運(yùn)行最久的地?zé)犭娬?,第一臺(tái)1MW機(jī)組于1977年發(fā)電成功,采用單級(jí)擴(kuò)容法閃蒸系統(tǒng),地?zé)崴疁囟葹?40~160℃、壓力為0.415~0.618MPa、流量為75~100t/h1991年之后完成8臺(tái)3MW機(jī)組,采用兩級(jí)擴(kuò)容閃蒸系統(tǒng),地?zé)崴疁囟葹?40~160℃、壓力為0.415~0.618MPa、流量可達(dá)到400~500t/h(多口井),此后維持總裝機(jī)容量為25.18MW羊八井地?zé)犭娬狙虬司責(zé)犭娬緳C(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)機(jī)組容量/MW年運(yùn)行時(shí)間/h(2013.12~2014.12)累計(jì)發(fā)電量/(萬(wàn)kW·h)(1977.10~2020.9)發(fā)電技術(shù)1號(hào)1.001067.15單級(jí)閃蒸2號(hào)3.00795550052.36兩級(jí)閃蒸3號(hào)3.00806755377.624號(hào)3.00868834205.825號(hào)3946號(hào)3.00973142692.257號(hào)3.00801642438.248號(hào)3.00859545915.399號(hào)3.00853540893.9869雙工質(zhì)循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)一、地?zé)岚l(fā)電原理與技術(shù)單壓ORC系統(tǒng)雙壓ORC系統(tǒng)單壓ORC熱力循環(huán)溫-熵圖雙壓ORC熱力循環(huán)溫-熵圖地?zé)崴趽Q熱器中加熱低沸點(diǎn)工質(zhì),使其蒸發(fā)為蒸汽并引入透平發(fā)電,乏汽通過(guò)冷凝器冷凝后經(jīng)工質(zhì)泵回到蒸發(fā)器完成一個(gè)循環(huán)常用的低沸點(diǎn)工質(zhì)有氯乙烷、正丁烷、異丁烷、氟利昂-11、氟利昂-12等優(yōu)點(diǎn):①利用低品位熱能的熱效率較高;②設(shè)備緊湊,汽輪機(jī)的尺寸??;③易于適應(yīng)化學(xué)成分比較復(fù)雜的地?zé)崴?0西藏羊易地?zé)犭娬疽?、地?zé)岚l(fā)電原理與技術(shù)羊易地?zé)崽锷畈堪l(fā)育巖漿囊,是國(guó)內(nèi)儲(chǔ)量最大、溫度最高、補(bǔ)給條件最好的高溫地?zé)崽?018年,羊易地?zé)犭娬疽M(jìn)的ORMAT公司生產(chǎn)的16MW有機(jī)雙工質(zhì)(有機(jī)工質(zhì)為異戊烷CsH12)機(jī)組正式并網(wǎng)發(fā)電,該電站是我國(guó)首個(gè)實(shí)現(xiàn)100%回灌的地?zé)犭娬狙蛞椎責(zé)犭娬狙蛞椎責(zé)犭娬緳C(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)項(xiàng)目2019年2020年2021年運(yùn)行時(shí)間/h6820.648398.528795.37平均負(fù)荷/MW14.915.114.9ZK203號(hào)井口壓力/MPa0.780.540.45ZK208號(hào)井口壓力/MPa0.890.860.75ZK203號(hào)井口溫度/℃165156152ZK203號(hào)井口壓力/℃179170161發(fā)電量/(萬(wàn)kW·h)101961272813116廠用電率/%14.0413.2514.59供電量/(萬(wàn)kW·h)8764110411120271卡琳娜循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)一、地?zé)岚l(fā)電原理與技術(shù)卡琳娜地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)卡琳娜循環(huán)熱力循環(huán)溫-熵圖冰島Husavik卡琳娜地?zé)岚l(fā)電站該系統(tǒng)采用氨水混合物作為工質(zhì),工質(zhì)沸點(diǎn)隨氨與水比例而變化。當(dāng)熱源參數(shù)發(fā)生變化時(shí),可調(diào)整氨與水比例實(shí)現(xiàn)最佳發(fā)電效果??漳妊h(huán)比朗肯循環(huán)的循環(huán)效率高20%~50%氨水混合物在蒸發(fā)器中與地?zé)崴M(jìn)行熱量交換,產(chǎn)生的氣液混合物被送入分離器,分離出的飽和氨蒸汽送入透平膨脹做功,驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電72熱電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)一、地?zé)岚l(fā)電原理與技術(shù)熱電材料發(fā)電技術(shù)原理圖熱伏發(fā)電芯片目前地?zé)岬臒犭娹D(zhuǎn)換系統(tǒng)基于塞貝克效應(yīng),即當(dāng)不同種類的金屬暴露在不同的溫度下時(shí)產(chǎn)生電流的現(xiàn)象塞貝克效應(yīng)是將熱能轉(zhuǎn)化為電能的熱電發(fā)電機(jī)(TEGs)或塞貝克發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)TEGs或Seebeck發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電壓與兩個(gè)金屬結(jié)之間的溫差成正比73主要內(nèi)容一、地?zé)岚l(fā)電原理與技術(shù)二、地?zé)峁┡c制冷技術(shù)三、地下儲(chǔ)熱系統(tǒng)四、地?zé)崮芷渌眉夹g(shù)74中深層地?zé)峁┡到y(tǒng)二、地?zé)峁┡c制冷技術(shù)該系統(tǒng)是一種以深部地?zé)崴鳛闊嵩吹墓┡绞?,通過(guò)開(kāi)采井抽取地下熱水,經(jīng)換熱站將熱量傳遞給供熱管網(wǎng)循環(huán)水通過(guò)直接、間接、地?zé)?熱泵機(jī)組供暖系統(tǒng)將熱源輸送至居民家中、公共建筑等區(qū)域,從而實(shí)現(xiàn)供暖直接供暖系統(tǒng)間接供暖系統(tǒng)地?zé)?熱泵機(jī)組合供暖示意圖75雄安新區(qū)地?zé)峁┡?、地?zé)峁┡c制冷技術(shù)雄安新區(qū)是我國(guó)中東部地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用條件最好的地區(qū),地?zé)崽锩娣e覆蓋新區(qū)80%以上,包括牛駝鎮(zhèn)凸起和容城凸起等次級(jí)構(gòu)造單元,埋深700~2500m,熱儲(chǔ)溫度介于60~85℃2020-2021年供暖季,雄安運(yùn)行換熱站64座、地?zé)峋?34口,為7萬(wàn)多戶居民提供地?zé)峁┡郯残聟^(qū)及周邊地?zé)崽锓植紙D雄安新區(qū)某小區(qū)換熱站76地源熱泵系統(tǒng)二、地?zé)峁┡c制冷技術(shù)熱泵能從自然界的空氣、水或土壤中獲取低品位熱,經(jīng)過(guò)電力做功,輸出可用的高品位熱能的設(shè)備,將高品位電能轉(zhuǎn)換為3倍甚至3倍以上的熱能,是一種高效供能技術(shù)地源熱泵是一種高效、節(jié)能、環(huán)保的空調(diào)系統(tǒng),利用地下淺層地?zé)豳Y源,實(shí)現(xiàn)供熱和制冷的雙重功能冬天供暖夏天制冷77大興機(jī)場(chǎng)地源熱泵系統(tǒng)二、地?zé)峁┡c制冷技術(shù)該工程是目前國(guó)內(nèi)最大的多能互補(bǔ)地源熱泵工程,系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),冬季地埋管供回水溫度分別為7℃和4.5℃,夏季地埋管供回水溫度分別為30℃和34℃地源熱泵供暖系統(tǒng)覆蓋面積達(dá)36.7萬(wàn)m2。1號(hào)地源熱泵站冬季供熱能力為14.2MW,夏季供冷能力為12.2MW;2號(hào)地源熱泵站冬季供熱能力為42.6MW,夏季供冷能力為36.6MW大興機(jī)場(chǎng)地質(zhì)構(gòu)造剖面圖地源熱泵系統(tǒng)供能區(qū)域78主要內(nèi)容一、地?zé)岚l(fā)電原理與技術(shù)二、地?zé)峁┡c制冷技術(shù)三、地下儲(chǔ)熱系統(tǒng)四、地?zé)崮芷渌眉夹g(shù)采熱過(guò)程79地下含水層儲(chǔ)熱系統(tǒng)三、地下儲(chǔ)熱系統(tǒng)含水層儲(chǔ)熱系統(tǒng)利用地下含水層作為介質(zhì),將間歇性能源(如風(fēng)能、太陽(yáng)能、余熱等)以穩(wěn)定的熱能形式存儲(chǔ)于地下水體中的清潔儲(chǔ)能系統(tǒng)目前全球含水層儲(chǔ)能共有超過(guò)2.5TWh的能量用于供暖和制冷,大部分ATES注入溫度<30℃儲(chǔ)熱過(guò)程國(guó)家設(shè)施農(nóng)業(yè)中心崇明農(nóng)業(yè)示范基地含水層儲(chǔ)能系統(tǒng)80鉆孔式儲(chǔ)熱系統(tǒng)三、地下儲(chǔ)熱系統(tǒng)該系統(tǒng)利用埋于建筑物下的鉆孔式換熱器實(shí)現(xiàn)熱能儲(chǔ)存,相當(dāng)于一個(gè)儲(chǔ)熱電池,共有單U管、雙U管和同軸套管3種管型從地源熱泵供熱供冷的角度看,希望利用土壤200m以淺的恒溫層,為水源熱泵提供供暖和供冷工況都適宜的熱源和熱匯;而從儲(chǔ)能的角度看,則是要最大限度利用土壤的中長(zhǎng)期保溫和儲(chǔ)熱性能鉆孔式儲(chǔ)熱模型挪威鉆孔太陽(yáng)能儲(chǔ)能項(xiàng)目81巖穴儲(chǔ)熱系統(tǒng)三、地下儲(chǔ)熱系統(tǒng)該系統(tǒng)利用巖洞進(jìn)行儲(chǔ)熱,通過(guò)封閉地下已有的巖洞,進(jìn)行充水或回填儲(chǔ)熱材料以完成儲(chǔ)熱,具有儲(chǔ)熱量大的優(yōu)點(diǎn),但成本較高芬蘭計(jì)劃在Vantaa的地下基巖中建立全球最大的季節(jié)性CTES系統(tǒng),包括三個(gè)寬20m,長(zhǎng)300m,高40m的巖穴,深度達(dá)100m,總儲(chǔ)熱體積達(dá)到為1100000m3,儲(chǔ)熱溫度可達(dá)140℃充填空間熱能儲(chǔ)存技術(shù)原理示意圖芬蘭Vantaa巖穴儲(chǔ)熱系統(tǒng)示意圖82主要內(nèi)容一、地?zé)岚l(fā)電原理與技術(shù)二、地?zé)峁┡c制冷技術(shù)三、地下儲(chǔ)熱系統(tǒng)四、地?zé)崮芷渌眉夹g(shù)83農(nóng)業(yè)利用四、地?zé)崮芷渌眉夹g(shù)利用地?zé)峤ㄔ鞙厥?,育秧、種菜和養(yǎng)花;溫度適宜的地?zé)崴喔绒r(nóng)田,農(nóng)作物早熟增產(chǎn)利用地?zé)崴B(yǎng)魚(yú),可加速魚(yú)的育肥,提高魚(yú)的出產(chǎn)率地?zé)岣稍镏饕獞?yīng)用于農(nóng)副產(chǎn)品的處理,包括瓜果蔬菜烘干、香菇烘干、牛奶巴氏消毒等;還可用于種植飼料、綠肥、釀造醬油、豆醬、酸奶酪,以及加工冰糖、山茶等。地?zé)釡厥肄r(nóng)作物干燥裝置流程示意圖地?zé)狃B(yǎng)殖干燥器剖面示意圖84溫泉利用四、地?zé)崮芷渌眉夹g(shù)地?zé)釡厝饕詼厝丛」δ転橹?,未?lái)地?zé)釡厝獙⒆鳛橐环N高級(jí)資源,通過(guò)地產(chǎn)式休閑開(kāi)發(fā),提高其利用率,及其休閑、養(yǎng)生、娛樂(lè)價(jià)值,形成多層次多角度順應(yīng)市場(chǎng)需求的綜合體,增殖地?zé)釡厝Y源的同時(shí),保護(hù)溫泉資源中國(guó)擁有豐富的熱礦泉水資源,如陜西華清池、北京小湯山、遼寧湯崗子溫泉等,已經(jīng)得到了合理的開(kāi)發(fā)與利用天然溫泉冰島米湖地?zé)釡厝颇向v沖溫泉地?zé)崮艿睦每煞譃橹苯永煤偷責(zé)岚l(fā)電(間接利用),不同溫度地?zé)崃黧w的利用方式:85地?zé)崮芴菁?jí)利用四、地?zé)崮芷渌眉夹g(shù)地?zé)崮艿睦每煞譃橹苯永煤偷責(zé)岚l(fā)電(間接利用),不同溫度地?zé)崃黧w的利用方式:人類很早就開(kāi)始利用地?zé)崮埽缋脺厝逶?、醫(yī)療,利用地下熱水取暖建造農(nóng)作物溫室、水產(chǎn)養(yǎng)殖及烘干谷物等。但真正認(rèn)識(shí)地?zé)豳Y源,并進(jìn)行較大規(guī)模的開(kāi)發(fā)利用卻是始于20世紀(jì)中葉。THANKS五、地?zé)岚樯Y源與“地?zé)?”綜合開(kāi)發(fā)利用5.1地?zé)岚樯Y源開(kāi)發(fā)技術(shù)5.2“地?zé)?”化石能源綜合開(kāi)發(fā)利用5.3“地?zé)?”新能源綜合開(kāi)發(fā)利用5.4“地?zé)?”CO2封存耦合地?zé)岚樯Y源:地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)中伴隨產(chǎn)生的礦產(chǎn)(如鋰、硅、金、銀、硼、鉀等)、氣體(如氦氣、氫氣、二氧化碳、甲烷等)和化學(xué)資源(如溴、碘等)、礦泉水、溫泉、溶解性礦物沉淀、瀝青和油脂等。開(kāi)發(fā)意義:?jiǎn)为?dú)開(kāi)發(fā)地?zé)峄虬樯Y源的經(jīng)濟(jì)性較差,但聯(lián)合開(kāi)發(fā)可以提升地?zé)崮茼?xiàng)目的附加經(jīng)濟(jì)價(jià)值,最大化資源利用率。5.1地?zé)岚樯Y源開(kāi)發(fā)技術(shù)地?zé)岚l(fā)電+地?zé)岚樯Y源(鋰)聯(lián)合開(kāi)發(fā)應(yīng)用領(lǐng)域:電池、陶瓷、玻璃、潤(rùn)滑劑、制冷液、核工業(yè)以及光電等行業(yè)。提取技術(shù):地?zé)崴徜嚬に嚢ǔ恋矸?、萃取法、吸附法、電滲析法和納濾膜法,各具優(yōu)劣。環(huán)境與經(jīng)濟(jì)影響:不同方法適用于不同條件,選擇性好的方法雖成本高但環(huán)保,而成本低的方法可能設(shè)備腐蝕大,影響環(huán)境。5.1.1地?zé)崴囂崛〖夹g(shù)提鋰技術(shù)沉淀法萃取法吸附法電滲析法納濾膜法技術(shù)特點(diǎn)利用富鋰?yán)消u經(jīng)脫硼、除鈣、除鎂等分離工序,再利用沉鋰沉鋰?yán)糜袡C(jī)溶劑先進(jìn)行萃取得到萃合物,然后用鹽酸反萃取利用對(duì)Li有選擇性吸附能力的吸附劑吸附Li,再將Li洗脫,使Li與雜質(zhì)分離外加直流電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下,離子交換膜對(duì)鹵水中離子具有選擇性,從而實(shí)現(xiàn)鋰鉀分離利用對(duì)Li有選擇性吸附能力的吸附劑吸附Li,再將Li洗脫,使Li與雜質(zhì)分離工藝優(yōu)勢(shì)工藝流程簡(jiǎn)單,技術(shù)成熟,生產(chǎn)成本低適合含鋰濃度較低的鹵水,易工業(yè)化適合高鎂鋰比鹵水,工藝簡(jiǎn)單,選擇性好,回收率高,無(wú)污染母液可循環(huán)利用操作壓力低,成本低;部分解決鹽田鹽處理量、面積大、生產(chǎn)效率低等問(wèn)題工藝劣勢(shì)對(duì)鹵水要求高,低鋰比原料消耗高,環(huán)境污染,設(shè)備腐蝕較大工藝復(fù)雜,成本略高工業(yè)化生產(chǎn)不穩(wěn)定工藝復(fù)雜,離效差低,濾膜成本高,使用周期短代表鹽湖智利阿塔卡馬鹽湖青海尖尖角鹽湖青海察爾汗鹽湖青海茶卡鹽湖青海西臺(tái)吉乃爾鹽湖年產(chǎn)能10.3萬(wàn)噸正在進(jìn)行千噸級(jí)的中試試驗(yàn)1萬(wàn)噸預(yù)計(jì)1萬(wàn)噸完成0.2萬(wàn)噸中試試驗(yàn),正在建2萬(wàn)噸鋰提取技術(shù)比較應(yīng)用領(lǐng)域:半導(dǎo)體器件、太陽(yáng)能電板、光纖等,具有廣泛的工業(yè)和技術(shù)應(yīng)用。提取技術(shù):包括逆滲透、沉淀法和膠體形成等,這些技術(shù)不僅能提取高純度硅,還能減少設(shè)備結(jié)垢問(wèn)題,提高地?zé)嵯到y(tǒng)效率。5.1.2地?zé)崴杼崛〖夹g(shù)應(yīng)用領(lǐng)域:航空航天、低溫超導(dǎo)、特種冶金、深海潛水以及激光、制冷、醫(yī)療和科學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。提取技術(shù):目前對(duì)于地?zé)岚樯庋芯績(jī)H限于富集成藏機(jī)理、主控因素等。缺乏系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)技術(shù)。5.1.3地?zé)岚樯べY源技術(shù)原理:通過(guò)地?zé)崮芴峁┑臒崮?,?lái)降低原油粘度、解除油層堵塞、改善地層流動(dòng)特性,從而提高采收率。開(kāi)發(fā)模式:地?zé)彷o助稠油開(kāi)發(fā)、地?zé)彷o助頁(yè)巖油開(kāi)發(fā)。5.2“地?zé)?”化石能源綜合開(kāi)發(fā)利用地?zé)彷o助稠油開(kāi)發(fā)技術(shù)原理:地?zé)崮茏鳛橐环N基載電力,能夠在太陽(yáng)能和風(fēng)能發(fā)電不足時(shí)提供穩(wěn)定的電力支持,減少對(duì)化石燃料的依賴。開(kāi)發(fā)模式:地?zé)崮芘c其他新能源(如氫能、風(fēng)能、太陽(yáng)能等)的綜合利用5.3“地?zé)?”新能源綜合開(kāi)發(fā)利用高溫制氫:地?zé)釤崃款A(yù)熱水,通過(guò)高溫催化熱分解制取氫氧。電解制氫:地?zé)岚l(fā)電產(chǎn)生的電力進(jìn)行電解制氫,真正發(fā)揮氫能作為綠色清潔能源的效用。5.3.1“地?zé)?”氫能綜合開(kāi)發(fā)利用互補(bǔ)機(jī)制:地?zé)崮茏鳛橐环N穩(wěn)定的基荷電力來(lái)源,可以在其他新能源(如太陽(yáng)能、風(fēng)能)發(fā)電不足時(shí)填補(bǔ)缺口,確保能源供應(yīng)的連續(xù)性。案例應(yīng)用:實(shí)際應(yīng)用中,地?zé)崮芙Y(jié)合太陽(yáng)能和風(fēng)能提供穩(wěn)定電力供應(yīng),同時(shí)與儲(chǔ)能技術(shù)結(jié)合,如電池儲(chǔ)能或壓縮空氣儲(chǔ)能,優(yōu)化能源系統(tǒng)負(fù)荷調(diào)節(jié)能力。5.3.2“地?zé)?”多能互補(bǔ)開(kāi)發(fā)利用“地?zé)?”多能互補(bǔ)模式概念:將CO2作為載熱流體,提高地?zé)崮懿墒章实耐瑫r(shí)封存CO2。技術(shù)創(chuàng)新:不僅能提高地?zé)崮艿牟墒章?,減少溫室氣體濃度,還能為CO2的資源化利用提供新的途徑。5.4“地?zé)?”CO2封存耦合封存過(guò)程:捕獲地?zé)犭姀S排放的CO2,注入導(dǎo)地下玄武巖儲(chǔ)層,CO2與地下巖石反應(yīng)形成新的碳酸鹽礦物,實(shí)現(xiàn)CO2的長(zhǎng)期穩(wěn)定封存。案例分析:冰島CarbFix項(xiàng)目,通過(guò)注入CO2到多孔玄武巖中實(shí)現(xiàn)快速礦化,CO2幾乎全部被永久封存。5.4.1綠色地?zé)衢_(kāi)發(fā)與CO2封存CarbfixCO2封存技術(shù)示意圖技術(shù)原理:使用超臨界CO2替代水開(kāi)采地?zé)豳Y源,利用其低黏度和高熱膨脹性優(yōu)化熱能提取。開(kāi)發(fā)模式:1、CO2-EGS(CO2-EnhancedGeothermalSystem);2、CO2-PGS(CO2-PlumeGeothermalSystem)5.4.2CO2輔助地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)CO2-EGS:致密、低滲、不含水地層CO2-PGS:天然多孔和滲透性地層協(xié)同機(jī)制:CO2在地?zé)釋幼⑷牒吞崛≈醒h(huán)使用,通過(guò)地?zé)峒訜岷笥糜谥苯庸峄螂娏ι?,同時(shí)實(shí)現(xiàn)CO2的地質(zhì)封存和能量?jī)?chǔ)存。環(huán)境與經(jīng)濟(jì)雙重效益:提供地?zé)崮艿耐瑫r(shí)實(shí)現(xiàn)CO2的地質(zhì)封存和能量?jī)?chǔ)存,降低CO2排放。5.4.3CO2提采、封存與儲(chǔ)能協(xié)同耦合CO2提采、封存與儲(chǔ)能協(xié)同耦合框架示意圖第六章地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用的環(huán)境效應(yīng)目錄氣體排放與環(huán)境空氣質(zhì)量Gasemissionsandambientairquality1水資源與水環(huán)境質(zhì)量WaterResourcesandWaterEnvironmentQuality2誘發(fā)地震與地表沉降Inducedearthquakeandsurfacesubsidence3其他環(huán)境影響4Otherenvironmentalimpacts01氣體排放與環(huán)境空氣質(zhì)量氣體排放是地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用過(guò)程中最重要的環(huán)境問(wèn)題之一。由于大氣、礦物和流體之間的相互作用受復(fù)雜地球化學(xué)環(huán)境的顯著影響,少量溫室氣體與有害氣體的排放是不可避免的。

CO2、CH4和其他有機(jī)氣體CO?是地?zé)岚l(fā)電過(guò)程中的主要溫室氣體之一。雖然自然來(lái)源也會(huì)產(chǎn)生CO?,但大多數(shù)專家認(rèn)為,大氣中CO?濃度的增加主要是由于人類燃燒化石燃料造成的。地?zé)崃黧w中的CO?溶解度:CO?溶解受流體溫度和礦物反應(yīng)影響。隨著流體溫度升高,CO?溶解度增加,特別是在缺少碳酸鹽礦物的條件下。化學(xué)反應(yīng)示例:在高溫下,CO?與葡萄石反應(yīng)生成方解石。地?zé)岚l(fā)電廠的CO?排放:地?zé)岚l(fā)電廠的CO?排放遠(yuǎn)低于化石燃料發(fā)電廠;不同類型地?zé)岚l(fā)電技術(shù)(閃蒸和雙工質(zhì)系統(tǒng))的CO?排放量差異。減少CO?排放的方法:

優(yōu)化設(shè)計(jì):改善冷卻和蒸汽循環(huán)過(guò)程以減少CO?損失;

CO?回注技術(shù):將CO?重新注入地?zé)醿?chǔ)層,實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期固碳。其他排放物質(zhì):地?zé)岚l(fā)電廠可能排放少量甲烷和其他有機(jī)氣體,這些排放相較于其他工業(yè)源通常較少,并且不會(huì)超過(guò)環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。H2S和SO2H?S是地?zé)峤缙毡檎J(rèn)為最需要關(guān)注的污染物,通常在缺氧條件下形成。在地?zé)崃黧w中,H?S主要通過(guò)硫化物礦物(如黃鐵礦)的溶解釋放出來(lái),如式6-2:FeS(黃鐵礦)+H2O?FeO(含鐵礦物)+H2S在地下深處,由于缺乏自由氧,硫主要以還原態(tài)存在,例如硫化氫氣體。H?S的存在和濃度受控于地?zé)崃黧w的溫度和化學(xué)組成。如圖所示,地?zé)崃黧w中的H?S濃度在高溫條件下增加,這是因?yàn)楦邷卮龠M(jìn)了硫化物礦物的溶解。圖-地?zé)崃黧w中溶解的H2S摩爾濃度與溫度的關(guān)系Hg汞(Hg)是一種天然存在的重金屬,具有高度的揮發(fā)性和毒性。它在自然界中以多種形式存在,包括元素汞(Hg0)、無(wú)機(jī)汞(Hg2+),以及有機(jī)汞(如甲基汞,CH3Hg+)。汞及其化合物是強(qiáng)毒性物質(zhì),對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境具有多方面的危害。在地?zé)嵯到y(tǒng)中,Hg通常以蒸汽形式存在,由于其低沸點(diǎn)(約356.7℃),在高溫地?zé)崃黧w中,Hg易于揮發(fā)并隨蒸汽一同釋放到地表。并非所有地?zé)豳Y源中都含有Hg,但是與含汞礦物(如朱砂,HgS)相關(guān)的地?zé)崽镏校琀g的濃度可能較高。圖-2008年全球自然來(lái)源汞排放量(Ocean–海洋;Biomassburning–生物質(zhì)燃燒;Desert/Metalliferous/Non-vegetatedzones-沙漠/含金屬/無(wú)植被區(qū);Tundra/Grassland/Savannah/Prairie/Chaparral-苔原/草原/灌木區(qū);Evasionaftermercurydepletionevents–汞泄露事件;Lakes–湖泊;Agriculturalareas–農(nóng)業(yè)地區(qū);Volcanoesandgeothermalareas–火山和地?zé)釁^(qū))(Antoszczyszyn&Michalska,2017)NOx和NH3

NOx通常無(wú)色無(wú)味,或者呈現(xiàn)紅棕色的NO2。在高溫燃燒過(guò)程中,由空氣中的氮氧化形成。機(jī)動(dòng)車輛是這些污染物的主要來(lái)源,其次是工業(yè)燃燒源,如化石燃料發(fā)電廠(約占NOx排放的四分之一)。NOx會(huì)導(dǎo)致煙霧形成、酸雨、水質(zhì)惡化、全球變暖和能見(jiàn)度下降。地?zé)嵩O(shè)施也會(huì)排放天然存在的NH?,排放量通常較低(不到總排放量的1%);但某些地?zé)岚l(fā)電廠會(huì)排放更多的NH?,例如蓋瑟斯發(fā)電廠。排放的NH?可以與水結(jié)合形成氫氧化銨(NH?OH)。如果NH?在環(huán)境中停留足夠長(zhǎng)的時(shí)間,它可能會(huì)與NOx結(jié)合形成顆粒物NH4NO3,如果沒(méi)有酸性氣體存在于大氣中,NH?將被吸收到土壤中并被綠色植物吸收。PM10和PM2.5PM是指存在于空氣中的各種物質(zhì)的總稱,這些物質(zhì)以離散的顆粒形式存在。直徑≤10μm的所有顆粒物稱為PM10,肉眼可見(jiàn);直徑≤2.5μm的所有顆粒物稱為PM2.5,需要顯微鏡觀察。PM主要來(lái)源于燃料燃燒,如化石燃料發(fā)電廠和車輛。當(dāng)燃燒氣體與水蒸氣和陽(yáng)光發(fā)生反應(yīng)時(shí),次生PM可由NOx、SOx

和有機(jī)氣體形成。PM不僅會(huì)造成包括眼睛刺激、哮喘、支氣管炎、肺損傷、癌癥、重金屬中毒和心血管并發(fā)癥等健康影響,還會(huì)導(dǎo)致大氣沉降和能見(jiàn)度下降。盡管煤炭和石油發(fā)電廠每年排放數(shù)百噸PM,地?zé)岚l(fā)電廠幾乎不排放PM。僅水冷地?zé)岚l(fā)電廠會(huì)從冷卻塔排放少量的PM,因?yàn)槔淠羝麜?huì)在冷卻循環(huán)中少量蒸發(fā)。然而,與同時(shí)存在燃燒過(guò)程和冷卻塔的煤或石油發(fā)電廠相比,冷卻塔排放的PM量相當(dāng)小。環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)常用的環(huán)境空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)方法非分散紅外吸收法:利用物質(zhì)能吸收特定波長(zhǎng)的紅外輻射而產(chǎn)生熱效應(yīng)變化,將這種變化轉(zhuǎn)化為可測(cè)量的電流信號(hào),以此測(cè)定該物質(zhì)的含量。差分吸收光譜分析法:利用空氣中的氣體分子的窄帶吸收特性來(lái)鑒別氣體成分,并根據(jù)窄帶吸收強(qiáng)度來(lái)推演出微量氣體的濃度,已廣泛應(yīng)用于大氣監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。紫外熒光法:利用某些物質(zhì)被紫外光照射后處于激發(fā)態(tài),激發(fā)態(tài)分子經(jīng)歷一個(gè)碰撞及發(fā)射的去激發(fā)過(guò)程所發(fā)生的能反映出該物質(zhì)特性的熒光,可以進(jìn)行定性或定量分析的方法?;瘜W(xué)發(fā)光法:依據(jù)化學(xué)檢測(cè)體系中待測(cè)物濃度與體系的化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度在一定條件下呈線性定量關(guān)系的原理,利用儀器對(duì)體系化學(xué)發(fā)光強(qiáng)度的檢測(cè),而確定待測(cè)物含量的一種痕量分析方法。重量法:通過(guò)稱量物質(zhì)的質(zhì)量來(lái)確定被測(cè)物質(zhì)組分含量的分析方法,主要用于PM10和PM2.5的監(jiān)測(cè)。02水資源與水環(huán)境質(zhì)量氣體排放是地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用過(guò)程中最重要的環(huán)境問(wèn)題之一。由于大氣、礦物和流體之間的相互作用受復(fù)雜地球化學(xué)環(huán)境的顯著影響,少量溫室氣體與有害氣體的排放是不可避免的。

水資源消耗不同發(fā)電工藝的水資源消耗強(qiáng)度對(duì)比1—假設(shè)均采用濕式再循環(huán)冷卻系統(tǒng)的水資源消耗量(均考慮8%的電力損失);2—未顯示地?zé)崃黧w排水要求;3—假設(shè)配有干式空氣冷凝器;4—EPA建模;5—內(nèi)部數(shù)據(jù)(Mishra等,2011)

地?zé)釓U水的環(huán)境影響地?zé)崴且环N熱的、通常是鹽的、富含礦物質(zhì)的液體,大多數(shù)地?zé)醿?chǔ)層位于深地下,遠(yuǎn)低于地下水儲(chǔ)層。在鉆井工程中,準(zhǔn)確評(píng)估地層壓力和地層破裂壓力是科學(xué)進(jìn)行鉆井設(shè)計(jì)和施工的基礎(chǔ)。地?zé)嵴羝蜔崴梢酝ㄟ^(guò)三種方式到達(dá)地表:通過(guò)自然發(fā)生的地表特征,如間歇泉和噴氣孔;通過(guò)人為鉆井,由于井噴、管道或井口泄漏或井坑溢出而意外泄漏;在EGS井筒中,強(qiáng)腐蝕性地?zé)崃黧w造成井筒、過(guò)濾器和熱交換器金屬的破壞,從而導(dǎo)致地?zé)崃黧w沿井筒或地表管道泄漏(Nogara等,2018)。環(huán)境影響:地?zé)嵛菜臏囟热悦黠@高于地表環(huán)境,直接排放容易引起熱污染,例如,在北京某學(xué)校,地?zé)嵛菜欧艤囟葹?5℃,這損害了污水處理廠的污泥活性,造成河流污染(汪集旸等,2005)。地?zé)崃黧w中含有大量氟化物、硫化物、氯化物、重金屬及微量元素,直接排放會(huì)對(duì)地表水、土壤和地下水環(huán)境造成不同程度的影響,如山東省武城縣青龍河排放的地?zé)嵛菜蟹飮?yán)重超標(biāo),導(dǎo)致水生生物大量死亡(郭功哲等,2009)。

地源熱泵的環(huán)境影響地埋管地源熱泵系統(tǒng);通過(guò)地埋管形成封閉的流體地下循環(huán)通道,通過(guò)井壁的熱傳導(dǎo)來(lái)獲取和采出地?zé)崮芰俊O到y(tǒng)在流體循環(huán)過(guò)程中與土壤層進(jìn)行熱交換,導(dǎo)致溫度變化。地下水源熱泵系統(tǒng)則使用含水層中的地下水作為載熱流體。地下水在熱泵機(jī)組中進(jìn)行換熱后,通過(guò)回灌井再次返回含水層。這類熱泵系統(tǒng)的工作效率優(yōu)于土壤源熱泵,但對(duì)地下水環(huán)境的干擾更為顯著。圖-韓國(guó)某地下水源熱泵地下水監(jiān)測(cè)井

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