5 000 m深部干热岩钻井方案的技术经济评价

介绍了美国芬顿山和法国苏茨深部干热岩的典型钻井技术方案,并根据我国干热岩钻井基础和地质成藏条件,从钻井深度、井身结构、钻进工艺和钻机设备等方面制定了3种不同的干热岩钻井技术方案,给出了具体技术指标数值。通过计算,对每种方案进行了技术经济评价,结果认为: 大直径钻井方案是技术可靠、经济可行的5 000 m干热岩钻探施工方案。     

全国地热资源调查评价与勘查示范工程进展

地热作为一种清洁能源,在我国经济发展与能源转型过程中正发挥着越来越重要的作用。“全国地热资源调查评价与勘查示范工程”自实施以来,主要开展了京津冀地区地热资源评价以及东南沿海和青藏高原东部干热岩的勘查等工作。这些工作的开展在获得一系列科研突破成果的同时,也解决了大量地热开发的工程问题,积累了大量成果和经验。该文对工程取得的进展及成果进行了总结,对工作开展中出现的问题进行了探讨,可用于指导我国地热资源勘查开发工作。     

我国干热岩资源分布及勘探:进展与启示

干热岩是地热资源的重要赋存形式之一,是未来地热开发的主攻方向.我国干热岩勘查工作近年来进展迅速,先后在不同地区发现了优质的干热岩资源,取得了我国干热岩资源勘查突破,但同时也存在不少勘查失败的案例.本文在分析高放射性产热型、沉积盆地型、近代火山型和强烈构造活动带型等四种类型干热岩成因模式的基础上,结合我国的地质构造背景、地热地质条件,对未来我国干热岩资源重点勘查方向及靶区进行了论述,并重点针对目前不同类型区干热岩资源勘探工程进行了梳理,简要分析了不同勘探区的选址依据、勘探过程、地温场分布及特征、前景预测等,并初步进行了经验总结,希望对我国未来干热岩资源勘查及开发工作起到借鉴作用.     

共和盆地壳内部分熔融层存在的地球物理证据与干热岩资源区域性热源分析

新生代以来,共和盆地及其周缘造山带无火山、岩浆活动,印支期隐伏花岗岩体岩浆余热与放射性元素衰变生热等难以构成共和盆地干热岩资源的主要热源,而共和盆地又为一高温地热异常盆地.目前已基本探明了共和县恰卜恰与贵德县热水泉干热岩体2处,圈定出干热岩勘查目标靶区16处.区域重力和区域航磁调查、区域天然地震成像、盆地尺度天然地震背景噪声层析成像勘查,以及超高分辨率重力异常、电阻率与Rayleigh波群相速度线性反演结果均表明共和盆地下伏发育有壳内部分熔融层,进而构成地处板内环境、高热流区共和盆地干热岩资源的区域性热源.盆地尺度MT勘查结果表明,共和盆地西盆地壳内部分熔融层埋深15~35 km,东西向长约41 km,南北向宽约34 km,厚度2~12 km.综合分析认为,该部分熔融层熔融程度最高可达4%~7%,15 km深处温度约为574℃,主体位于贵南南山推覆体系与共和准推覆体系深部主拆离滑脱推覆界面之下,兴海大型复合推覆体系主拆离滑脱推覆界面之上.挽近地质时期深构相、多层次、近水平展布的韧性拆离滑脱推覆构造界面的连续动态剪切摩擦生热,可能是部分熔融层形成的主要因素.      

KT178型取心钻具在共和干热岩钻井中的应用

共和干热岩资源富集于花岗岩地层,硬度高,研磨性强,部分层段裂隙发育,取心困难。针对干热岩地层和取心需求特点,研制一套KT178取心钻具,并配套设计了孕镶金刚石取心钻头。该钻具为单动双管取心钻具,可配套井底动力钻具使用,设计中注重对钻具外管、卡簧等关键部件的强度校核。在GH-01井和GH-02井中,经过两轮实验和优化,钻具逐渐成熟,获取了较完整的岩心样本,满足干热岩勘探取心要求,具备了向页岩气、水资源勘察等具有间断取心需求的同类工程推广应用的条件。     

高温硬岩空气潜孔锤钻头设计

干热岩试验性开发井钻井施工,在高温硬岩的地层条件下,如何实现高效钻进仍存在很多技术难点。空气潜孔锤钻进技术是解决硬岩地层钻进的有效方法之一,潜孔锤钻头是空气潜孔锤钻进的关键器具。根据青海共和干热岩GH-01井空气潜孔锤钻进技术应用情况,分析探讨了空气潜孔锤钻头断齿、掉齿、磨损严重、使用寿命短等问题,从钻头结构设计、钻头材料选取、钻头冷压固齿工艺等几个方面对空气潜孔锤钻头进行了优化。固齿优化过程中采用有限元分析方法,对钻头冷压固齿过盈量进行仿真分析计算,根据分析计算结果确定最优固齿过盈量。通过对潜孔锤钻头结构、材料、加工等优化,为适用于高温硬岩的空气潜孔锤钻头研制提供了借鉴。为提高空气潜孔锤钻进综合效率,为干热岩钻探开发提供了技术支持和技术储备。     

复合动力钻进工艺在干热岩钻井中的应用研究

2011年山东省地矿局在山东省利津县实施了国内第一个干热岩调查评价项目,采用转盘回转钻进,但钻效低、能耗高。为提高在高温硬岩条件下的钻进效率、缩短钻井周期、降低生产成本,2015年在福建省漳州市实施的中国地质调查局东南沿海深部地热HDR-1干热岩科学钻探工程井（井深4000.86 m,孔底温度109 ℃）和2017年在青海省共和县完成的GR1干热岩科学勘探井（井深3705 m,孔底温度236 ℃）,在施工中均探索使用了“转盘+螺杆钻具”复合钻进工艺,并在高温取心段首次测试应用了“转盘+涡轮钻具”复合取心钻进工艺,取得了良好的效果并就下一步研究方向提出了意见和建议,为螺杆钻具和涡轮钻具的深入研究提供了宝贵的高温施工经验,也将为我国干热岩科学钻探与深部地热资源勘探提供新的技术支撑。     

桂北豆乍山岩体放射性地球化学特征及其干热岩资源潜力研究

对桂北豆乍山岩体钻孔样品进行了放射性生热元素含量、岩石密度和岩石热导率测试。结果显示该岩体花岗岩U平均含量为17.49×10~(-6),Th平均含量为27.54×10~(-6),K_2O平均含量为4.64%,放射性生热率平均值6.46μW/m~3,高于地壳平均值及大部分华南其他岩体的放射性生热率值;岩石密度平均在2.57 g/cm~3左右,与世界范围内花岗岩密度的平均值大致相同;岩石热贡献率主要来自Th和U的放射性衰变热,而U的贡献率相对更高。研究区岩石热导率平均为3.389 W/mK,与目前已知的花岗岩热导率平均值相近。通过本文及周边其他岩体的研究结果,结合前人资料,推断豆乍山岩体所在的苗儿山地区,乃至桂北地区的地幔热流值低于地壳热流值贡献,属于"热壳冷幔"型岩石圈热结构。根据豆乍山岩体放射性生热元素和生热率的优势,认为其干热岩开发潜力较大,可对其进行进一步干热岩评价工作。     

藏南拉康温泉地质特征及雄曲河谷两岸地热分布不均成因分析

西藏山南地区洛扎县雄曲河拉康段在600 m距离内出露温泉4处,仅1处位于河谷右岸;平硐勘查显示两岸岩性、产状、构造一致,地热异常却仅在左岸平硐内部显著,右岸平硐地热异常不明显。本次研究以此异常为出发点,通过片麻状花岗岩不同切面导热实验、片麻状花岗岩与板岩相同切面导热实验,温泉水δ~2H,δ~(18)O同位素测试分析等方法,探究该处河谷两侧地热异常的成因,得出以下结论:1、该处地热资源为干热岩型地热资源,热源是深部岩浆,氢氧同位素显示温泉热水来源于大气降水;2、片麻状花岗岩平行和垂直片麻理方向存在导热各向异性,当温度恒定时平行于片麻理方向比垂直于片麻理方向温度高5.5%~6.0%;3、河流的下切作用使得两岸岩体覆盖程度存在差异,导致两岸地热异常不均。本次研究成果可以为深切峡谷地区寻找浅层干热岩、干热岩发电与水力发电共同开发提供一定启示。