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產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究中深層地?zé)豳Y源勘探開發(fā)技術(shù)
文章來(lái)源：地大熱能 發(fā)布作者：孫煥泉;高楠安;吳陳冰潔等 發(fā)表時(shí)間：2025-06-17 09:58:05瀏覽次數(shù)：649
0 引言
隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展
，環(huán)境變化和能源需求逐漸成為全人類廣泛關(guān)注的問題
。當(dāng)前，全球已有約160個(gè)國(guó)家或地區(qū)提出碳中和目標(biāo)
，加快綠色低碳轉(zhuǎn)型
、大力發(fā)展新能源已成為全球共識(shí)。據(jù)國(guó)際可再生能源署發(fā)布的《2023年C O2排放報(bào)告》顯示
，2023年我國(guó)CO2排放量達(dá)到126億噸
，較2022年增長(zhǎng)了4. 7%
，在“雙碳”目標(biāo)實(shí)現(xiàn)過程中仍面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)
。地?zé)崮?/a>作為一種清潔、可再生的能源
，其開發(fā)利用不僅能有效降低溫室氣體排放
，減少對(duì)化石燃料的依賴，且在提高能源利用效率
、優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、增強(qiáng)能源供應(yīng)穩(wěn)定性等方面發(fā)揮重要作用
。
目前
，世界各國(guó)普遍將地?zé)豳Y源視為重要的接替資源
，高度重視其開發(fā)利用前沿技術(shù)
，將中深層地?zé)?/a>作為未來(lái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展方向。近年來(lái)
，美國(guó)能源部啟動(dòng)了地?zé)崮?/a>前沿瞭望臺(tái)計(jì)劃(FORGE)和增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)(EGS)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室(EGS Collab)項(xiàng)目
，歐盟啟動(dòng)了歐洲地?zé)峒夹g(shù)與創(chuàng)新平臺(tái)計(jì)劃(ETIP-Geothermal)
，我國(guó)也出臺(tái)了《關(guān)于促進(jìn)地?zé)崮荛_發(fā)利用的若干意見》等一系列支持政策，紛紛謀劃推動(dòng)地?zé)岙a(chǎn)業(yè)發(fā)展
，努力搶占能源革命的戰(zhàn)略先機(jī)
，使地?zé)?/a>能在有效保障國(guó)家資源安全中發(fā)揮至關(guān)重要的作用。中深層地?zé)豳Y源通常指埋藏在200?3 000 m深度范圍內(nèi)的地?zé)豳Y源
，具有分布廣泛
、綠色低碳、適用性強(qiáng)
、穩(wěn)定性好等優(yōu)勢(shì)。相較于淺層(埋深小于200 m)地?zé)?/a>，其儲(chǔ)量更大
、單位面積可開發(fā)能量密度更高;相較于深層地?zé)?/a>(埋深大于3 000 m)，其開采難度較低
，經(jīng)濟(jì)性更高。中國(guó)作為世界第一大地熱能直接利用國(guó)家
，裝機(jī)規(guī)模占全球57%
，淺層和中深層地?zé)崮?/a>直接利用規(guī)模均居世界首位。截至2022年底
，我國(guó)地?zé)嶂苯永?/a>規(guī)模折合裝機(jī)容量100 219. 8 MW
，其中中深層地?zé)峁┡?/a>利用規(guī)模折合裝機(jī)容量50 030 MW，占比達(dá)到49. 94%
，是最主要的利用方式之一。
我國(guó)中深層地?zé)豳Y源以廣泛分布的中低溫水熱型為主
，主要分布于渤海灣盆地、關(guān)中盆地
、松遼盆地、蘇北盆地等大中型沉積盆地
，以及部分山前斷裂帶部位，其分布區(qū)域與我國(guó)東部人口密集、能源需求旺盛的地區(qū)高度吻合，特別是能夠滿足北方地區(qū)冬季清潔取暖的重要民生需求，現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)規(guī)模化的開發(fā)與利用。
1 我國(guó)中深層地?zé)岬刭|(zhì)特征與資源狀況
全球地?zé)豳Y源的分布主要受板塊構(gòu)造活動(dòng)影響
，呈現(xiàn)出明顯的區(qū)帶性。高溫地?zé)?/a>帶通常位于板塊邊緣或構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)烈的區(qū)域，與全球地震和火山活躍帶相吻合。中國(guó)在大地構(gòu)造位置上處于古亞洲、特提斯和西太平洋三大構(gòu)造域合圍的地區(qū)，其中特提斯和西太平洋兩大構(gòu)造域從晚中生代一直活動(dòng)至今，影響范圍廣 ，構(gòu)造作用強(qiáng)
。區(qū)別于美國(guó)西海岸、東南亞等處于板塊邊緣地帶的地?zé)豳Y源區(qū)
，我國(guó)除青藏高原和臺(tái)灣地區(qū)外整體處于板塊內(nèi)部
，新生代深部熱背景整體呈現(xiàn)出“東高、中低、西南高、西北低”的四分格局。東部地區(qū)由于太平洋板塊向西俯沖，導(dǎo)致巖石圈減薄，具有較高溫和較高熱流的特征，在松遼盆地、渤海灣盆地、臺(tái)灣和瓊州海峽兩側(cè)形成了三大熱異常區(qū)，具備中高溫地?zé)豳Y源的潛力；中部地區(qū)主要由古老的克拉通或前新生代的造山帶構(gòu)成，相對(duì)于東部和西南部表現(xiàn)為低溫和低熱流特征，在局部火山裂谷區(qū)(如大同、二連火山盆地，汾渭、銀川地塹等)由于殼內(nèi)附加熱源的存在，具備一定的中高溫地?zé)豳Y源的潛力;西南地區(qū)的青藏高原經(jīng)歷印度-歐亞板塊的多期俯沖碰撞，殼內(nèi)普遍發(fā)育熔融體，可形成附加熱源
，從而形成高溫和高熱流背景，是我國(guó)最具高溫地?zé)?/a>資源潛力的地區(qū);西北部地區(qū)與中部地區(qū)類似
，以低溫和低熱流為主
，但局部可見因特殊地質(zhì)構(gòu)造而形成高溫熱異常。
根據(jù)地?zé)?/a>資源發(fā)育的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境不同
，可將中深層地?zé)豳Y源進(jìn)一步劃分為隆起山地型和沉積盆地型。隆起山地型地?zé)?/a>資源主要發(fā)育在山區(qū)褶皺或山間盆地中，充足的水源補(bǔ)給和斷裂發(fā)育是其地?zé)岣患闹饕?a href="http://www.xianzinvrenfang.com/t/地質(zhì).html" >地質(zhì)要素。地?zé)崴?/a>因?yàn)槊芏容^低而通過斷裂或裂縫系統(tǒng)上升至地表或接近地表的區(qū)域，冷卻后密度增加下沉，形成熱對(duì)流循環(huán)，富集于帶狀裂隙型熱儲(chǔ)中。我國(guó)隆起山地型高溫地?zé)豳Y源主要分布于西南部的西藏南部一滇西一川西地區(qū)及東南部臺(tái)灣中央山脈兩側(cè)，為晚中生代以來(lái)的板塊交界部位，地震、構(gòu)造及巖漿活動(dòng)強(qiáng)烈，區(qū)域平均大地?zé)崃髦禐?0?150 mW/m2,遠(yuǎn)高于我國(guó)陸域平均大地?zé)崃髦?div id="d48novz" class="flower left">
，個(gè)別地區(qū)可高達(dá)304 mW/m2。沉積盆地型地?zé)豳Y源主要發(fā)育于沉積盆地中，是目前我國(guó)主要開發(fā)利用的地?zé)豳Y源類型，一定埋深的大規(guī)模優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層是地?zé)岣患闹饕?a href="http://www.xianzinvrenfang.com/t/地質(zhì).html" >地質(zhì)要素。通常以山區(qū)裸露的巖層接受大氣降水為主要補(bǔ)給水源
，經(jīng)由斷裂
、裂隙和地層不整合界面等通道運(yùn)移至盆內(nèi)熱儲(chǔ)層中
，受周圍巖層通過熱傳導(dǎo)的形式加熱升溫
，后富集形成地?zé)豳Y源。我國(guó)大部分沉積盆地平均地溫梯度在1. 5?4. 0°C/100 m
，平均值約為3. 2°C/100 m
。中東部大多沉積盆地如渤海灣盆地、鄂爾多斯盆地及周緣
、松遼盆地的大地?zé)崃髌骄翟?5?80 mW/m2,西北部分沉積盆地如塔里木盆地
、準(zhǔn)噶爾盆地，平均值為30?50 mW/m2
。
2023年國(guó)務(wù)院印發(fā)《空氣質(zhì)量持續(xù)改善行動(dòng)計(jì)劃》，將京津冀及周邊地區(qū)以及汾渭平原劃分重點(diǎn)區(qū)域
，建議優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，加速能源清潔低碳高效發(fā)展
。京津冀及周邊地區(qū)以及汾渭平原整體為中高熱流背景(圖1)，大部分區(qū)域熱流值超過60 mW/m2,中深層地?zé)豳Y源條件良好，地?zé)峁┡?/a>可繼續(xù)規(guī)?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">；娲?a href="http://www.xianzinvrenfang.com/t/燃煤供暖.html" >燃煤供暖
。
1.2 我國(guó)中深層地?zé)?/a>資源潛力
我國(guó)地?zé)豳Y源總量約占全球的1/6,根據(jù)中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局全國(guó)地?zé)嵴{(diào)查成果顯示，我國(guó)陸域中深層水熱型地?zé)豳Y源量折合標(biāo)準(zhǔn)煤為12 500X10 8 t隆起山地型地?zé)豳Y源4. 88 X 10 17 kJ
，折合標(biāo)準(zhǔn)煤為167X10 8 t
，發(fā)電潛力7 820 MW。其中西藏南部一川西一滇西一帶的地?zé)豳Y源折合標(biāo)準(zhǔn)煤為108X10 8 t
，發(fā)電潛力7 120 MW
，占隆山型高溫地?zé)豳Y源的84% 。主要沉積盆地型地?zé)豳Y源約為3. 11X 10 19 kJ
，折合標(biāo)準(zhǔn)煤為10 600X10 8 t。其中
，儲(chǔ)存量較大的是以渤海灣盆地為代表的華北平原
、河淮平原和四川盆地，其次為汾渭盆地
、鄂爾多斯盆地和松遼盆地，這幾個(gè)大型沉積盆地地?zé)豳Y源合計(jì)約為2. 71X10 19 kJ
，折合標(biāo)準(zhǔn)煤為924 X10 8 t
，占沉積盆地型地?zé)豳Y源的87%。
此外
，部分地區(qū)地?zé)豳Y源中還伴生有具開發(fā)價(jià)值的鋰
、氦
、鈾
、硼等稀有伴生礦產(chǎn)。中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所基于對(duì)30個(gè)省市主要熱儲(chǔ)中地?zé)崴?/a>鋰含量的統(tǒng)計(jì)
，推測(cè)我國(guó)地?zé)崴?/a>鋰金屬年排放量為3 233 t
，折算碳酸鋰1. 7X10 4 t，約占2023年我國(guó)碳酸鋰進(jìn)口量14. 91 X 10 4 t的11.4%
。目前
，中國(guó)石化江漢油田在鹵水提鋰領(lǐng)域取得了顯著進(jìn)展，其30 t/年商水提鋰中試裝置已經(jīng)成功產(chǎn)出純度高達(dá)99. 5% 的電池級(jí)碳酸鋰
。地?zé)岚樯夥矫?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">，我?guó)水溶性氦氣資源的分布主要集中在關(guān)中盆地、柴達(dá)木盆地等區(qū)域
。中國(guó)石化對(duì)關(guān)中盆地水溶氦氣資源進(jìn)行評(píng)價(jià)，預(yù)測(cè)全盆水溶氦氣資源量為(984.2?1 141. 3)X10 8 m3
，但整體而言其富集機(jī)理與資源情況仍需進(jìn)一步探明。
“十三五”以來(lái)
，我國(guó)因地制宜規(guī)劃中深層水熱型地?zé)豳Y源勘探開發(fā)利用，初步實(shí)現(xiàn)了規(guī)模化利用，取得了豐碩的發(fā)展成果。隨著地?zé)岙a(chǎn)業(yè)升級(jí)，中深層地?zé)豳Y源勘探開發(fā)技術(shù)日益完善，目前已形成了針對(duì)沉積盆地型地?zé)豳Y源的勘探評(píng)價(jià)和高效開發(fā)技術(shù)體系 。其中，地?zé)峥碧?/a>評(píng)價(jià)技術(shù)涵蓋了地?zé)嵯到y(tǒng)要素綜合分析
、地球物理綜合探測(cè)和地?zé)豳Y源選區(qū)評(píng)價(jià)等方面
，這些技術(shù)的綜合應(yīng)用為地?zé)豳Y源的精細(xì)評(píng)估和后期有效開發(fā)提供了科學(xué)依據(jù)。地?zé)岣咝ч_發(fā)技術(shù)則包括地?zé)崽?/a>多場(chǎng)耦合模擬技術(shù)
、地?zé)崮荛_發(fā)鉆完井技術(shù)、地?zé)崴?/a>自然回灌技術(shù)和地熱能取熱不耗水技術(shù)等
，旨在實(shí)現(xiàn)地?zé)豳Y源的最大化可持續(xù)利用和環(huán)境保護(hù)的雙重目標(biāo)
。
2.1 地?zé)峥碧?/a>評(píng)價(jià)技術(shù)
(1)地?zé)嵯到y(tǒng)要素綜合分析技術(shù):與常規(guī)油氣的圈閉成藏機(jī)制不同，地?zé)豳Y源廣泛分布
，局部相對(duì)富集，整體依賴于熱源
、熱儲(chǔ)和蓋層的有效配置。通過對(duì)地?zé)嵯到y(tǒng)成因四要素(源、儲(chǔ)、通、蓋)的分析研究，揭示地?zé)嵯到y(tǒng)形成機(jī)制和資源富集規(guī)律，是地?zé)?a href="http://www.xianzinvrenfang.com/t/勘探.html" >勘探的基礎(chǔ)。其中，熱源是地?zé)嵯到y(tǒng)分析的核心，通常與地球內(nèi)部放射性衰變產(chǎn)生的熱能、地幔對(duì)流等有關(guān)，提供了地?zé)嵯到y(tǒng)所需的初始能量;熱儲(chǔ)為地?zé)崃黧w提供存儲(chǔ)空間，如巖石孔隙、巖層裂隙等，是地?zé)崮荛_發(fā)利用的主要目標(biāo);運(yùn)移通道是地?zé)嵯到y(tǒng)的必要條件，如斷裂帶、裂隙系統(tǒng)等，可提升地?zé)嵯到y(tǒng)熱量傳遞的能力;蓋層為覆蓋在儲(chǔ)層上方的巖層，能夠阻止熱量向外散失，保持地?zé)醿?chǔ)層的溫度，通常具有較低的導(dǎo)熱率
。
一個(gè)完整的地?zé)嵯到y(tǒng)以熱源為基礎(chǔ)，還需有具備良好儲(chǔ)集能力的優(yōu)質(zhì)熱儲(chǔ)
，充足的水源和較好的地?zé)崴\(yùn)移通道，以及一定厚度的蓋層。對(duì)于地?zé)嵯到y(tǒng)的研究通常還包含熱的生成-運(yùn)移聚集-保持所需要的地質(zhì)作用。以渤海灣盆地為例，開發(fā)的兩套熱儲(chǔ)主要為新近系館陶組(Ng)砂巖熱儲(chǔ)與中新元古界一下古生界(Pt2-3 +PZ1)碳酸鹽巖熱儲(chǔ)，分別構(gòu)成了兩套疊置的地?zé)嵯到y(tǒng)(圖2)兩套地?zé)嵯到y(tǒng)有著共同的熱源、水源以及統(tǒng)一的區(qū)域熱蓋層。熱量來(lái)源為伸展背景下殼幔熱流的傳導(dǎo)熱，熱流值35?106 mW/m2,具有凸起帶高凹陷帶低的分布特征。地?zé)崴畞?lái)源于周緣山區(qū)的大氣降水。N g地?zé)嵯到y(tǒng)的熱儲(chǔ)產(chǎn)狀平緩，砂體連通性好，儲(chǔ)集物性優(yōu)良。P t2-3+ PZ1地?zé)嵯到y(tǒng)的熱儲(chǔ)構(gòu)造變形復(fù)雜、分割性強(qiáng)，儲(chǔ)集物性好。熱儲(chǔ)上覆松散的第四紀(jì)黏土層構(gòu)成了統(tǒng)一而穩(wěn)定的區(qū)域熱蓋層。
(2)地球物理綜合探測(cè)技術(shù):地?zé)峥碧?/a>中重磁電等非震物探方法應(yīng)用較為普遍
，通過測(cè)量和分析地球的物理場(chǎng)(如重力、磁場(chǎng)、電場(chǎng)等)來(lái)推斷地下的地質(zhì)結(jié)構(gòu)、熱儲(chǔ)條件
、流體分布等信息。目前
，中國(guó)石化實(shí)施的地?zé)岬厍蛭锢?a href="http://www.xianzinvrenfang.com/t/勘探.html" >勘探通常以電磁類方法為主，微動(dòng)方法為輔，多種非震方法相結(jié)合
，圈定目標(biāo)區(qū)
。以山東齊河榮盛溫泉小鎮(zhèn)為例，針對(duì)該區(qū)斷裂較為發(fā)育
、地層橫向變化大、地質(zhì)條件復(fù)雜的難點(diǎn)問題，綜合考慮地層電性和地層速度差異特征，先利用電磁方法查明研究區(qū)斷裂構(gòu)造位置和熱儲(chǔ)埋深，初步明確富水有利區(qū)域;再通過微動(dòng)方法驗(yàn)證斷裂和地層的展布特征，縮小目標(biāo)靶區(qū)，為地?zé)峋?/a>布設(shè)提供指導(dǎo)依據(jù)。通常認(rèn)為解釋得到的斷裂附近或者斷裂交匯部，巖溶作用發(fā)育，熱儲(chǔ)含水性好。經(jīng)實(shí)際鉆探驗(yàn)證
，開采的奧陶系灰?guī)r熱儲(chǔ)井口水溫50 °C，水量230 m3/h
，表明所選用的非震方法具有較好的應(yīng)用效果。
(3)地?zé)豳Y源選區(qū)評(píng)價(jià)技術(shù):該技術(shù)涉及對(duì)地?zé)豳Y源的賦存特征
、開發(fā)潛力
、環(huán)境影響、技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)效益等多維度因素的系統(tǒng)評(píng)估
。基于區(qū)域地質(zhì)調(diào)查
、地球物理勘探
、地球化學(xué)分析、地?zé)峋@探等獲取的資料
，針對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)的資源規(guī)模、熱儲(chǔ)條件
、資源開采條件等綜合評(píng)價(jià)
，形成“盆地-地?zé)嵯到y(tǒng)-地?zé)釒?/a>-地?zé)崽?/a>-地?zé)岵?優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層段”一整套逐級(jí)聚焦的優(yōu)選方法。以渤海灣盆地為例
，考慮單位進(jìn)尺取熱效率，優(yōu)先聚焦盆內(nèi)凸起區(qū)碳酸鹽巖地?zé)豳Y源
，以及凹陷區(qū)砂巖地?zé)豳Y源
，從埋藏深度、斷裂條件
、儲(chǔ)層展布
、富水性、非均質(zhì)性等方面評(píng)價(jià)地?zé)崽?/a>
，優(yōu)選出雄縣、獻(xiàn)縣
、霸州等有利勘探靶區(qū)
，進(jìn)一步結(jié)合局部熱傳導(dǎo)聚集的差異性，明確地?zé)岵睾蛢?yōu)質(zhì)儲(chǔ)層段
。地?zé)峥碧?/a>評(píng)價(jià)技術(shù)系列的應(yīng)用
，有效指導(dǎo)了渤海灣盆地內(nèi)的地?zé)峥碧焦ぷ?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">，部署的?a href="http://www.xianzinvrenfang.com/t/探井.html" >探井成功率超過80% 。
2.2 地?zé)岣咝ч_發(fā)技術(shù)
(1)地?zé)崽?/a>多場(chǎng)耦合模擬技術(shù):地?zé)衢_發(fā)具有周期性(供暖季
、非供暖季)
、大流量(單井注采量通常大于2 000 m3/d)、以灌定采的特點(diǎn)
，特別是地?zé)豳Y源開發(fā)過程中存在持續(xù)的流體和熱量補(bǔ)給，與油氣資源開發(fā)差異巨大
。要保證開采量與補(bǔ)給量的精準(zhǔn)匹配、動(dòng)態(tài)平衡
，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的穩(wěn)定高效開發(fā)，需要考慮地?zé)崽镞吔?div id="jfovm50" class="index-wrap">、水的滲流規(guī)律及水-巖
、巖-巖等多種傳熱過程之間的關(guān)系。同時(shí)
，熱儲(chǔ)開采過程中流體工質(zhì)會(huì)與周圍巖石產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，引起巖石中礦物的溶解或沉積
，使熱儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)及物性產(chǎn)生動(dòng)態(tài)變化
，對(duì)地下流體流動(dòng)與熱量傳輸過程造成影響。因此將地球化學(xué)反應(yīng)與流體和熱量傳輸進(jìn)行耦合模擬是當(dāng)前熱儲(chǔ)模型研究的熱點(diǎn)問題之一
。
(2)地?zé)崴匀?a href="http://www.xianzinvrenfang.com/t/回灌.html" >回灌技術(shù):主要針對(duì)砂巖熱儲(chǔ)，由于砂巖熱儲(chǔ)滲透性不均
、孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜、膠結(jié)物和充填物的存在
，同時(shí)地層壓力、溫度化學(xué)變化
、環(huán)境因素及工藝流程等因素的影響，導(dǎo)致回灌水無(wú)法均勻回灌
，或引起地層結(jié)垢、堵塞
。為提高回灌效率
，一是需深人研究熱儲(chǔ)特性，一般而言，有利于回灌的熱儲(chǔ)層應(yīng)發(fā)育穩(wěn)定，無(wú)阻水?dāng)嗔彦e(cuò)層，平均砂巖厚度大于150 m，平均孔隙度大于20%，平均滲透率大于200 mD，平均泥質(zhì)含量小于20%，孔隙直徑大于5戶1
。二是通過建模和數(shù)值模擬方法
，分析回灌條件下地溫變化情況
，利用鉆井和測(cè)井等資料，獲取熱儲(chǔ)參數(shù)
，模擬分析在不同采水量
、不同回灌溫度、不同回灌量
、不同儲(chǔ)層厚度條件下開發(fā)技術(shù)方案，確定合理的地?zé)峋?/a>采灌間距
。砂巖熱儲(chǔ)隨著回灌時(shí)間的延長(zhǎng)存在回灌能力衰減的現(xiàn)象，常規(guī)回?fù)P解堵、出砂產(chǎn)能預(yù)測(cè)控砂、虹吸沖砂 。模擬結(jié)果表明，在保持可持續(xù)開發(fā)的前提下，井距在400?500 m可滿足生產(chǎn)要求。三是通過對(duì)地?zé)嵩?div id="d48novz" class="flower left">
、尾水化學(xué)成分分析，現(xiàn)場(chǎng)回?fù)P水中沉淀物、現(xiàn)場(chǎng)垢物進(jìn)行室內(nèi)化驗(yàn)、室內(nèi)驅(qū)替實(shí)驗(yàn)、靜態(tài)配伍試驗(yàn)和水文地球化學(xué)軟件模擬，系統(tǒng)分析影響地?zé)嵛菜?/a>回灌過程中的堵塞機(jī)理，針對(duì)不同堵塞特征制定相應(yīng)的防堵解堵措施。四是在防堵解堵措施研究基礎(chǔ)之上，從成井結(jié)構(gòu)成井工藝、管路密封防堵技術(shù)、水處理系統(tǒng)、回灌與換熱系統(tǒng)平衡技術(shù)等5部分進(jìn)行系統(tǒng)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)，建設(shè)與之相適應(yīng)的地?zé)峄毓?/a>系統(tǒng)及地面工藝設(shè)備。從而實(shí)現(xiàn)地?zé)崴畯牡叵碌降孛妗⒃俚降叵碌娜鞒套匀换毓?div id="4qifd00" class="flower right">、出砂井井筒防砂、化學(xué)物理防腐防垢等手段可極大恢復(fù)砂巖的回灌能力(圖3)。在河南蘭考、山東河口等砂巖熱儲(chǔ)開發(fā)區(qū)，針對(duì)部分地?zé)峋毓?/a>能力下降的情況，采取回?fù)P、沖砂、化學(xué)解堵等措施，使得回灌井的回灌量得到大幅提升。
，保障地?zé)崽锟沙掷m(xù)開發(fā)。相較于單井閉式循環(huán)取熱技術(shù)
(3) 地?zé)崮?/a>取熱不耗水技術(shù):包括對(duì)井循環(huán)取熱技術(shù)
、單井閉式循環(huán)取熱技術(shù)、重力熱管循環(huán)取熱技術(shù)、單井開式循環(huán)取熱技術(shù)、U 型井閉式循環(huán)取熱技術(shù)和多分支徑向井循環(huán)取熱技術(shù)等。目前中深層水熱型地?zé)?/a>供暖最成熟的技術(shù)方法為對(duì)井循環(huán)取熱技術(shù)，熱源側(cè)地?zé)崴陀脩魝?cè)循環(huán)水為兩套獨(dú)立循環(huán)系統(tǒng)，通過間接換熱提取地?zé)崴械臒崃浚瑹峤粨Q后的地?zé)崴耆瑢踊毓?div id="4qifd00" class="flower right">，對(duì)井循環(huán)取熱技術(shù)熱能提取效率較高，以典型的對(duì)井循環(huán)地?zé)犴?xiàng)目為例
，地?zé)衢_采井水量80 m3/h
、水溫65 °C
，利用至15 °C回灌
，按典型供熱運(yùn)行參數(shù)及設(shè)備性能，單井供熱能力可達(dá)5 236 kW;在相同地溫條件下
，單井閉式循環(huán)供熱能力大約290?320 kW，對(duì)井循環(huán)供熱能力是單井換熱的16. 3?18. 0倍
。
3 不同類型地?zé)崽镩_發(fā)實(shí)踐
截至2021年底
，中國(guó)中深層地?zé)峁┡?/a>能力約5X108 m2，占全國(guó)城市集中供熱比重已升至5%
，年利用量320 297TJra。華北地區(qū)的河北、河南、山東、陜西、天津5省市，依托渤海灣盆地、南華北盆地、汾渭地塹系等沉積盆地區(qū)的豐富地?zé)豳Y源
，在北方地區(qū)冬季清潔取暖的需求下
，逐漸發(fā)展成為水熱型地?zé)?/a>供暖的主要區(qū)域。中國(guó)石化通過理論技術(shù)創(chuàng)新和規(guī)模推廣應(yīng)用
，發(fā)展成為中國(guó)最大的中深層地?zé)崂?/a>企業(yè)，2024年底
，地?zé)?a href="http://www.xianzinvrenfang.com/t/清潔能源供暖.html" >清潔能源供暖能力累計(jì)達(dá)1.2X108 m2,在河北、河南
、天津
、陜西
、山西
、山東、湖北等地多個(gè)省市為居民提供清潔能源集中供暖
，打造了 10座地?zé)峁┡?/a>“無(wú)煙城”
。其中位于渤海灣盆地的河北雄縣
、關(guān)中盆地的陜西咸陽(yáng)分別為碳酸鹽巖和砂巖熱儲(chǔ)開發(fā)的典型代表
。
3.1 雄安地?zé)崽铩?碳酸鹽巖熱儲(chǔ)
中國(guó)石化在河北省雄縣推進(jìn)整縣地?zé)衢_發(fā)和完全回灌
，基本覆蓋城區(qū)，打造了中國(guó)首座地?zé)峁┡?/a>“無(wú)煙城”
，為全國(guó)地?zé)岙a(chǎn)業(yè)化
、可持續(xù)開發(fā)提供了有益經(jīng)驗(yàn)
。2017年
，雄安新區(qū)(涵蓋雄縣
、容城
、安新三縣)成立
，地?zé)崂?/a>被納人新區(qū)綠色能源體系建設(shè)整體規(guī)劃
。區(qū)域主要勘探開發(fā)薊縣系碳酸鹽巖熱儲(chǔ)，采取“取熱不耗水”的方式開發(fā)利用地?zé)豳Y源
，形成了規(guī)模地?zé)峁┡?/a>的“雄縣模式”
，被國(guó)際可再生能源機(jī)構(gòu)(IRENA )列人全球推廣項(xiàng)目名錄
。“雄縣模式”充分發(fā)揮技術(shù)可復(fù)制
、經(jīng)驗(yàn)可推廣的示范作用，帶動(dòng)其它北方強(qiáng)制供暖區(qū)地?zé)衢_發(fā)
，使地?zé)崮?/a>成為北方地區(qū)清潔供暖的重要綠色替代能源。中國(guó)石化在雄安新區(qū)目前已累計(jì)建成地?zé)崆鍧嵐┡?/a>能力超2 000 X104 m2,服務(wù)近10萬(wàn)戶居民
，累計(jì)替代標(biāo)準(zhǔn)煤約60萬(wàn)t
，減少二氧化碳排放約150萬(wàn)t
。隨著實(shí)時(shí)地?zé)嵘a(chǎn)數(shù)據(jù)接人信息化平臺(tái)
，已初步建立起了智能運(yùn)維調(diào)節(jié)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)快速開發(fā)決策
，有效降低能耗，提高地?zé)豳Y源開發(fā)水平
。
3.1.1 高效開發(fā)
碳酸鹽巖熱儲(chǔ)出水量大小主要受裂縫溶洞及斷裂的發(fā)育程度影響，地?zé)峋?/a>鉆孔附近裂縫
、溶洞發(fā)育區(qū)域出水量較好，地層能量充足
，靜水位埋深淺
，水量高
、降深小;斷裂不發(fā)育區(qū)域出水效果差
，靜水位埋深深，降深大
。從歷年投產(chǎn)井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)看，雄縣在近十年的開發(fā)過程中
，地層壓力保持在11 MPa以上。
雄縣目前在運(yùn)行的地?zé)峋?/a>平均井深1 600 m左右 結(jié)合雄縣 3.2 咸陽(yáng)地?zé)崽铩?砂巖熱儲(chǔ) 咸陽(yáng)地?zé)崽镂挥?a href="http://www.xianzinvrenfang.com/t/陜西.html" >陜西關(guān)中地區(qū)中部 主要開發(fā)利用新近系孔隙型砂巖熱儲(chǔ) 3.2. 1 地?zé)嵯到y(tǒng)成因模式 咸陽(yáng)地?zé)崽镂挥陉P(guān)中盆地腹地，關(guān)中盆地位于陜西省中部 熱儲(chǔ):區(qū)域地層發(fā)育整體南深北淺，新近系砂巖熱儲(chǔ)頂板埋深9⑻?1 700 m 主要發(fā)育三角洲前緣-濱淺湖沉積 蓋層:關(guān)中盆地的第四系地層廣泛分布 3.2.2 高效開發(fā) 咸陽(yáng)地區(qū)地?zé)峋骄? 700 m左右，分為米漼段約為1 500?3 000 m 和米漼段約為1 500?2 500 m的兩類井 ，平均井距約600 m。平均單井采灌量100 m3/h左右 ，出水溫度介于65. 0?75. 0°C，總體保持在65°C以上 。容城目前在運(yùn)行的地?zé)崞骄? 800 m左右，平均井距約770 m;地?zé)峋骄鶈尉晒嗔?5 m3/h左右 ，出水溫度主要在50?55 °C。、容城熱儲(chǔ)開發(fā)狀況分析，認(rèn)為目前影響地?zé)崽锟沙掷m(xù)開發(fā)利用的因素主要是采灌井開采時(shí)間、采灌流量、井距、以及回灌溫度。大量數(shù)值模擬結(jié)果顯示，開采時(shí)間的延長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致開采井溫度下降，以雄安新區(qū)盛唐2井為例，在采灌均衡的前提下，隨著開采時(shí)間增加，溫度逐漸降低。不同采灌流量下，顯示在開采初期水溫差異不明顯，當(dāng)開采量/回灌量從100 m3/h增大到140 m3/h，開采井的水溫降低速率增大;模擬至第100年，140 m3/h流量下的開采井水溫比100 m3/h流量下開采井的水溫低2?2?5°C ;同樣，以100年為開采周期，140 m3/h流量相較于100 m3/h流量，水位更低 ，水頭提升幅度減小(圖4)。對(duì)于不同井間距 ，模擬發(fā)現(xiàn)在井距400 m時(shí) ，第10年開采井溫度出現(xiàn)下降 ，第100年溫度下降達(dá)到4?5°C;井距為500 m時(shí) ，第100年溫度下降不到1°C;井距為600 m 時(shí)，溫度基本保持不變(圖5)。對(duì)于不同回灌溫度，可以觀察到由30°C降低到10°C時(shí)，50年大部分開采井的溫度變化在1?2°C范圍內(nèi)，回灌溫度的降低，對(duì)開采井溫度的影響相對(duì)有限。因此，在一定開采時(shí)間和全回灌的條件下，減小開采流量，保持500?600 m的安全的井距，可以延緩熱突破時(shí)間，延長(zhǎng)地?zé)崽飰勖?o:p>
，包括高陵群和永樂店群（張家坡組和藍(lán)田灞河組）。目前，咸陽(yáng)地區(qū)利用中深層地?zé)崮?/a>進(jìn)行O RC 發(fā)電及“熱電氦”三聯(lián)產(chǎn)先導(dǎo)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目已順利完成系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)測(cè)試，并成功并網(wǎng)發(fā)電。該項(xiàng)目也是全國(guó)首個(gè)實(shí)現(xiàn)居民供熱服務(wù)、中低溫發(fā)電及水溶氦氣提取一體化地?zé)衢_發(fā)利用項(xiàng)目。，多被后期近北東、北西向斷裂切割。關(guān)中盆地地?zé)嵯到y(tǒng)的形成包括新元古代一早古生代碳酸鹽巖熱儲(chǔ)沉積、晚古生代一早中生代穩(wěn)定沉積、中晚中生代一早新生代構(gòu)造變形改造、新生代砂巖熱儲(chǔ)及蓋層形成4個(gè)階段。咸陽(yáng)地?zé)崽镎w為新生代陸內(nèi)半地塹樣式，有著較高的大地?zé)崃髦当尘?div id="jfovm50" class="index-wrap">，砂巖地?zé)嵯到y(tǒng)由來(lái)自南部秦嶺和北部渭北隆起的大氣降水沿著地層不整合面和斷裂運(yùn)移通道進(jìn)行補(bǔ)給，通過熱傳導(dǎo)增溫后在新近系砂巖儲(chǔ)層中富集形成地?zé)崴?div id="jfovm50" class="index-wrap">。熱?大陸裂谷型盆地深部地幔軟流層物質(zhì)上涌，地殼減薄過程，造成的巖石圈界面、莫霍面、居里等溫面及殼內(nèi)高導(dǎo)層上拱，形成局部高溫熱異常。關(guān)中盆地所處位置的莫霍界面呈明顯的隆起形態(tài)，莫霍界面埋深不足40 km，西安附近埋深約為34 km，向南北兩側(cè)山區(qū)或隆起區(qū)莫霍界面埋深明顯增大且表現(xiàn)為南陡北緩、南高北低的明顯不對(duì)稱性。相對(duì)高的地幔熱流的熱傳導(dǎo)和深大斷裂溝通的熱對(duì)流共同作用構(gòu)成了關(guān)中盆地中-低溫地?zé)崽锏臒嵩礄C(jī)理。。同沉積斷層渭河斷裂控制地層發(fā)育厚度，自北向南地層加厚（圖6）。東西向地層變化不大，沉積較穩(wěn)定。咸陽(yáng)地區(qū)砂地比“北高南低，上高下低”，物源方向主要來(lái)自北部。，優(yōu)勢(shì)砂體為水下分流河道、河口壩，有效孔隙度和滲透率高，為地?zé)崃黧w提供了良好的貯存與運(yùn)移空間。縱向上隨著埋深的增加，壓實(shí)作用增強(qiáng)，孔隙度逐漸減小，張家坡組孔隙度25% ?40% ，藍(lán)田灞河組孔隙度15% ?30% ，高陵群孔隙度5% ?20% ;熱儲(chǔ)滲透率與孔隙度具有較好的相關(guān)性，滲透率隨埋深的增加呈降低趨勢(shì)，整體主要分布在50?2 000 mD。通道:關(guān)中盆地腹地內(nèi)的新近系砂巖地?zé)崴难a(bǔ)給源主要為秦嶺的大氣降水，盆內(nèi)地?zé)崴囊詢?yōu)勢(shì)砂體和導(dǎo)水?dāng)嗔褳閮?yōu)勢(shì)運(yùn)移通道。咸陽(yáng)地區(qū)大部分水化學(xué)類型為Cl-Na型，也有C1 ? HCO3-Na型和C1 ? HCO3 ? SO4 Na型。通過產(chǎn)液剖面結(jié)果推算水化學(xué)分層，主力產(chǎn)水層藍(lán)田灞河組和高陵群發(fā)育兩套相互獨(dú)立的地?zé)崴\(yùn)移系統(tǒng)，運(yùn)移方向相同，深部高陵群地?zé)崴墒?div id="m50uktp" class="box-center"> 。以涇河斷裂為界分為兩個(gè)地?zé)崴h(huán)系統(tǒng)（圖6），西側(cè)以西安一咸陽(yáng)為匯水區(qū) ，東側(cè)以華縣一蒲城為匯水區(qū)。
，主要由風(fēng)積、沖洪積 、湖積等沉積類型構(gòu)成。第四系和新近系上部地層結(jié)構(gòu)密實(shí) 、厚度巨大 、封閉性好，為區(qū)域中深層地?zé)?/a>資源起到了隔水隔熱的封閉作用 。。產(chǎn)水能力可超100 m3/h。在開發(fā)咸陽(yáng)地區(qū)的砂巖熱儲(chǔ)過程中，地?zé)崴毓?/a>易衰減，主要為物理堵塞和化學(xué)堵塞，化學(xué)堵塞中，垢物損傷問題較為突出。垢物主要由石英碎屑和鐵類垢物構(gòu)成，實(shí)驗(yàn)研究顯示，溫度對(duì)垢物的形成有顯著影響，尤其是在30°至70的溫度范圍內(nèi)，巖心的化學(xué)堵塞程度增加。這表明溫度的升高會(huì)加劇巖心的化學(xué)堵塞，而懸浮物堵塞和化學(xué)堵塞之間存在協(xié)同效應(yīng)，隨著溫度的升高，懸浮物堵塞的貢獻(xiàn)比例增加，化學(xué)堵塞的貢獻(xiàn)比例相對(duì)減少。綜合生產(chǎn)井和回灌井生產(chǎn)數(shù)據(jù)，結(jié)合滲透性 、熱傳導(dǎo)率 、比熱容、流體黏度等關(guān)鍵參數(shù)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合分析 ，在地質(zhì)建模的基礎(chǔ)上，整合溫壓模擬 。按照每年四個(gè)月供暖的生產(chǎn)周期，模擬顯示當(dāng)采灌比為1 : 1 、井間距超過500 m，同時(shí)確?div id="m50uktp" class="box-center"> ；毓鄿囟炔坏陀?5 °C時(shí)，地?zé)崽锬軌驅(qū)崿F(xiàn)理想的開采狀態(tài) 。咸陽(yáng)地區(qū)連續(xù)3年采暖季的實(shí)際水溫、水量曲線(圖7)顯示 ，采灌段約為1 500?2 500 m 的井平均出口流量在54?67 m3/h之間 ，采灌段約為1 500?3 000 m的井平均出口流量在70?84 m3/h之間。從水溫變化曲線來(lái)看