《增强型地热系统生产性能的参数化研究:以青藏高原东北部恰布恰地热地区为例》

  • 来源专题:可再生能源
  • 编译者: pengh
  • 发布时间:2018-09-04
  • 增强型地热系统(EGS)是利用深热干岩(HDR)这种低碳可再生能源收集热量的重要途径。了解EGS的长期产能表现及其对不同油藏参数的敏感性,有助于有效地实现指定油藏的优化开发。位于青藏高原共和盆地东北缘的恰布恰地热区是我国迄今为止地热资源勘探开发潜力最大的地区之一。摘要以青藏高原东北恰布恰地热地区GR1钻孔地质资料为基础,采用有限元方法建立了三维热液耦合数值模型,对其产热潜力进行了评价。通过对单个断裂模型的解析解,验证了本文提出的数学模型的正确性。通过改变几个关键的储层参数(如导热系数、渗透率、孔隙率、注入质量流量、注入流体温度和侧向井距),实现了长期生产温度和电力速率演化的敏感性分析。基底花岗岩的仿真结果表明,储层深度2900?m - 3400?160 m和相应的初始温度?°C - 180?°C,和有效的电力产生的温度能保持在173.4?2.48°C和?兆瓦的头7年模拟?50公斤/ s的组合下的喷射流量、?60°C的注入流体温度和300?横向间距。40年操作的最后时期,出口温度降低到162.8?°C,以及减少9.7%的电力。采用“一次一因素”方法进行敏感性分析,与导热系数和孔隙度相比,渗透率是影响生产温度和能量提取的最主要的参数。对于已知渗透率、导热系数和孔隙度分布的特定地热田,注入质量流量对发电量的影响最大,其次是注入温度和侧向井距。完全因子试验设计仿真结果表明,合理的多参数组合可以提高储层的电力性能。双重提取系统,基于Qiabuqia地热区域,结合70?公斤/ s注入流量,60?°C注入温度、和500?横向间距可以达到一个有效的3.47 - -3.50?兆瓦电力输出。因此,本研究通过上述敏感性分析,比较了不同储层参数及其组合下的不同热采性能潜力,可以大大促进柴布恰地热地区今后EGS项目的建立和发展。

    ——文章发布于2019年3月

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    • 在过去几个月里,科技巨头亚马逊、微软等纷纷押注核能,但元宇宙平台、谷歌等公司却将投资重心放在了另一种低碳能源——地热能上。美国能源部地热技术办公室主任劳伦·博伊德表示,谷歌等公司在地热能领域的最新行动预示着,这项技术或将迎来广泛的商业应用。 《自然》网站报道称,随着技术持续进步,加上政策制定者的热情助推,地热能技术的新时代即将到来。 地热发电技术备受追捧 地热发电是利用地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术。地热发电实际上是把地下的热能转变为机械能,然后再将机械能转变为电能的能量转变过程。 美国费尔沃能源公司致力于将石油和天然气钻探领域的进步“嫁接”到地热领域。2024年10月17日,美国土地管理局批准了该公司位于犹他州比弗县的地热发电厂扩建计划。这座工厂预计电力产能高达2000兆瓦,足以满足200万户家庭的用电需求。该工厂目前已实现400兆瓦的产能,他们计划于2028年前,为谷歌公司的数据中心和其他客户提供全天候清洁电力。 其实,早在2021年5月,谷歌就与费尔沃公司签署了开发下一代地热发电项目的协议。2024年6月12日,谷歌表示,已与因威能源公司达成协议,为其内华达州的数据中心提供地热电力。 此外,去年8月,赛捷地理系统公司宣布,将于2027年前,为元宇宙平台公司的数据中心提供高达150兆瓦的地热能。该协议将极大地扩展地热能在美国的使用范围,也是落基山脉以东首次使用下一代地热能。 对于此次合作,美国能源部前副部长戴维·特克表示,美国正致力于增加清洁电力供应,地热能将成为改变游戏规则的重要力量。 增强型地热系统理论上可行 传统地热能仅限于有天然地下热水库的地方,而这些地方很少,且相距甚远。赛捷、费尔沃等公司正在开发的项目则不再依赖这些天然热水库,而是主动创建地下温泉。 该技术从地面向下钻出一个深数公里的洞,直达温度约200℃的岩石处。随后,在高压下向洞内注入水和沙子,这会导致岩石产生裂缝,增加其渗透性,并形成一个热水储蓄层。接着,再钻一个洞,连续不断提取这里的热水,并将热水加压用于发电。 自20世纪70年代以来,科学家一直在探索这种增强型地热系统(EGS),但大多都未能提取出大量能量。 过去10年,科学家利用石油和天然气行业取得的技术进步,例如更好的岩石破碎技术和水平钻井方法,对EGS进行了改进,使其重焕生机。 美国能源部于2014年启动了地热能研究前沿瞭望台计划(FORGE),带来很多创新性方法,将钻井成本降低一半,为EGS的商业化应用铺平了道路。 费尔沃公司两个早期试点项目获得的成果表明,EGS概念不仅可行,而且能利用现有工具实现。 风险和成本问题值得关注 然而,EGS的发展并非一片坦途。部分原因在于,工程中涉及的水力压裂过程有可能会带来地震风险。此前,在瑞士巴塞尔以及韩国浦项进行的两个项目,就因为水力压裂导致地震而搁置。 鉴于此,FORGE项目及费尔沃等公司正遵循美国能源部的指导,尽可能抑制诱发地震的活动,并使用地震仪持续监测现场。一旦地震活动超过某个阈值,他们就会停工。 加拿大Eavor公司则采取了风险更小的策略。他们开发了“Eavor-Loop”地热发电技术,其核心是一套安装在地下3000米到4000米的封闭管道系统以及与该系统连接的地面设备,利用水在地下管道和地面设备间的流动,将地下热能带到地上用于发电。 Eavor公司的地热技术无需进行压裂造缝,没有诱发地震的风险。目前,该公司正在德国格雷茨里德附近建设第一座商业地热发电厂。这座工厂将深入地下4500米,开采温度160℃的水,为附近城镇供暖。 地热能的开采和使用成本也成为科学家的考量因素。美国普林斯顿大学能源系统研究员威尔森·里克斯指出,向地下钻探数公里深资金投入非常昂贵,每个钻孔的成本可能高达数百万美元。尽管下一代地热能技术的成本会随着技术不断发展而下降,但仍比许多其他形式的能源贵。不过,鉴于地热能可以随时使用,其有望成为太阳能、风能等低碳能源的一个补充。
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    • 来源专题:可再生能源
    • 编译者:pengh
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    • 对环境影响最小的清洁能源的日益增长的需求推动了地热能的发展。地热储层的模拟是复杂和耗时的,主要是由于系统的空间和时间非等温性质以及域/储层的巨大规模。当表示增强地热系统(EGS)时,模拟就变得更加复杂了。在这种系统中,通过水力压裂将热、低渗透性储层中的井相互连接,为注入冷水、就地加热和由此产生的热水提供了途径。本文研究了与强化地热系统模拟有关的各种问题,并提出了切实可行的解决方案。进行了一项综合研究,以显示不同的网格系统对预测产生的水的瞬变温度的影响。结果表明,断裂的透气性(渗透率和裂缝宽度的乘积)比单独考虑的裂缝的渗透率和宽度值更能影响EGS的性能。一个简化模型(缩小模型)显著地减少了模拟时间(1.5-14.5倍),而不影响结果的准确性。在所提出的模型中,只有两种模拟——捕捉水库顶部和底部有两个活动的水力裂缝的小部分,用来评估整个水库的性能。通过改变井眼的倾斜度、水力面间距、注入井与生产井之间的间距,证明了所提出的模型在不同情况下的鲁棒性。R2值接近于unity (0.96-1.0), MAPE值小于MAPE值(平均绝对百分比误差),小于整个油藏模拟的3%,说明该模型的实用性。 ——文章发布于2019年2月