熱儲

地?zé)釤醿κ且园恼羝嗌賮矸诸惖模绻缓姓羝?，可考慮以距地表何處出現(xiàn)沸騰區(qū)來分類。在一個水熱系統(tǒng)中，地?zé)釤醿ψ匀唤M成的范圍是依靠它的溫度、深度、含氣量以及它的傳導(dǎo)特性等決定的，所以在不同深度可能有多個傳導(dǎo)層或熱儲。

鑒于地質(zhì)構(gòu)造、形成機(jī)理、變異條件的不同，地?zé)釤醿纱笾路譃?類:

(1) 溫水型熱儲

這種熱儲的溫度范圍在90-180℃之間，由于溫度和壓力不很高，即使在開發(fā)時也不會沸騰，一般可直接利用，如冬季采暖、洗浴、養(yǎng)殖、種植、理療等。我國大部分熱田均屬于溫水型熱儲，直接利用范圍相當(dāng)廣。

(2) 熱水型熱儲

該類型熱儲在開發(fā)初期顯示溫水型熱儲的特性，但經(jīng)過一段時間的開發(fā)則產(chǎn)生沸騰，溫度區(qū)間一般在200-250℃(在這一溫度區(qū)間，氣體的存在可使熱水沸騰) 。

(3) 兩相流液體型熱儲

在兩相流液體型熱儲中，它的自然狀態(tài)是：含水層中包含了液體和汽體。盡管溫度在220-300℃之間，當(dāng)溫度降低時可產(chǎn)生氣體而引起沸騰。

(4) 兩相流汽體型熱儲

汽體型熱儲上部也包含一個兩相層，在這種狀態(tài)下液相稀疏，擴(kuò)散廣但不流動，所以在熱田的開采井口只出現(xiàn)蒸汽。熱儲層的溫度根據(jù)深度和汽體含量在230-320℃之間變化 。

熱儲工程的理論研究對于認(rèn)識、了解地?zé)豳Y源分布、熱流體運(yùn)移狀態(tài)、地?zé)嵯到y(tǒng)的傳熱過程，以及如何運(yùn)用物理和數(shù)學(xué)模型預(yù)測在生產(chǎn)和回灌時期熱儲參數(shù)變化規(guī)律、資源儲量和最大開采年限都是非常重要的。同時，熱儲理論研究還可為能量回收的數(shù)量、最佳井距與抽水量、回灌流體的冷峰面影響以及由于地?zé)豳Y源過量開采所引起地面沉降的不良影響等提供重要的科學(xué)依據(jù)。

熱儲理論研究的主要基點是建立在設(shè)計地?zé)嵯到y(tǒng)的地質(zhì)模型、獲取眾多井口抽水試驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，通過對試驗數(shù)據(jù)的分析，確定熱儲含水層的富水性、水文地質(zhì)參數(shù)、開采影響半徑及擴(kuò)展情況、不同含水層之間的水力聯(lián)系等，建立地質(zhì)模型或概念模型;而后，再通過流體力學(xué)、傳熱學(xué)、熱力學(xué)、數(shù)學(xué)等基礎(chǔ)理論，建立數(shù)值模型，擬合出最符合實際的熱儲參數(shù)，以便更準(zhǔn)確地預(yù)測地?zé)衢_發(fā)潛力及資源保證的程度。

采用資源評價計算的方法有多種，如容積法、下降曲線分析法、集參模型法、分布參數(shù)模型法等。許多地?zé)峒夹g(shù)發(fā)達(dá)的國家，如美國、冰島、新西蘭、意大利等，開發(fā)了許多適用于高溫和中低溫地?zé)崽锏臒醿τ嬎隳Ｐ蛙浖?，為評價和預(yù)測地?zé)豳Y源開發(fā)潛力提供了更為科學(xué)的計算方法。我國在地?zé)釤醿こ涕_發(fā)上雖起步較晚，但通過引進(jìn)、消化吸收國外先進(jìn)的技術(shù)，正在不斷地完善和研究適合我國地?zé)岬刭|(zhì)特點的熱儲軟件模型和開發(fā)技術(shù)。

熱儲理論研究正是通過反復(fù)地試驗、計算、模擬的過程，找出地?zé)崽锏馁Y源儲量和最大開采年限，為合理開發(fā)和利用地?zé)豳Y源，防止地面沉降，保護(hù)生態(tài)環(huán)境提供可靠的科學(xué)依據(jù)。地?zé)釤醿こ虒W(xué)科是地?zé)峋C合開發(fā)利用的先驅(qū)，是保證地?zé)崂檬聵I(yè)順利發(fā)展的關(guān)鍵 。2100433B

地?zé)釤醿喎Q熱儲，它能通過載熱流體的對流、富集來儲存地?zé)崮?。所以，地?zé)釤醿κ种匾奶卣魇菬醿ν獾睦渌疂B入熱含水層，再經(jīng)過熱儲層底部加熱帶，在強(qiáng)大的和持續(xù)的傳導(dǎo)熱流補(bǔ)給的條件下，將冷水加熱。地?zé)釤醿Σ煌谟蛢?、氣儲及地下水儲，在地?zé)釤醿χ?，原存的流體可以被周圍的冷水補(bǔ)充并被加熱。這個補(bǔ)充過程在地?zé)釤醿\(yùn)動中十分重要 。

在進(jìn)行地?zé)釤醿ρ芯繒r，狀態(tài)參數(shù)對于分析熱儲特性、了解熱儲動態(tài)變化趨勢十分重要。熱儲工程中最為關(guān)鍵的是巖石層(可被看成是一種多孔介質(zhì))的傳輸率和儲存系數(shù)，這些參數(shù)可通過地質(zhì)和地球物理測量獲得。由于這些參數(shù)與孔隙裂隙的分布有關(guān)，因此必然是各向不均勻的。

(1) 孔隙率

巖石的孔隙率是衡量巖石能夠儲集液體能力的參數(shù)。從微觀角度看，孔隙率在整個系統(tǒng)中變化十分大，但從宏觀角度看，孔隙率的數(shù)量級通常在5%-30%。

(2) 傳導(dǎo)率(滲透率)

用來表征流體通過孔隙介質(zhì)難易程度的參數(shù)是傳導(dǎo)率。

分清傳導(dǎo)率與孔隙率是十分重要的。例如，帶有氣泡的玻璃內(nèi)部有一定的孔隙率，但傳導(dǎo)率為零；而一個帶通孔的玻璃體，孔隙率十分低，但傳導(dǎo)率卻十分高?？紫堵适强紫犊臻g的量度，而傳導(dǎo)率是孔隙間聯(lián)系通道好壞的量度。傳導(dǎo)率通常是有方向的，當(dāng)傳導(dǎo)率在各方向不同時，這樣的系統(tǒng)稱為非均質(zhì)系統(tǒng)；而傳導(dǎo)率在各方向相同時，則稱均質(zhì)系統(tǒng)。導(dǎo)熱系統(tǒng)一般具有各向異性的傳導(dǎo)率。

(3) 導(dǎo)熱率

巖石傳熱的能力以巖石的導(dǎo)熱率描述。實驗地?zé)釋W(xué)往往不易現(xiàn)場研究天然賦存條件下的巖石導(dǎo)熱性能，而是采集有代表性的巖石標(biāo)本或樣品，在實驗室條件下用專門的測試裝置或儀器，測量其導(dǎo)熱率。

(4) 巖石比熱容

比熱容是當(dāng)單位質(zhì)量的物體溫度升高1℃時所需熱流的量度。

(5) 巖石密度

巖石(具有孔隙) 的密度是質(zhì)量與體積的比值。這里指的是物質(zhì)的平均密度。

干熱巖儲層的激發(fā)是指通過向儲層注入高壓流體使熱儲原有裂隙擴(kuò)展沿伸從而達(dá)到增大儲層換熱性能的目的。儲層的激發(fā)并不是干熱巖資源開發(fā)工程的最終目的，如何通過儲層激發(fā)達(dá)到理想的熱提取效果才是干熱巖工程的關(guān)鍵。因此從這個角度而言，干熱巖資源儲層的開發(fā)包括儲層的表征、儲層的激發(fā)和儲層的管理3個關(guān)鍵步驟。

1）儲層的表征是認(rèn)識熱儲原有裂隙系統(tǒng)和滲流系統(tǒng)的過程，與傳統(tǒng)水熱系統(tǒng)的研究類似，很多鉆探、物探、測井技術(shù)在這方面能夠發(fā)揮重要作用，國際上使用較多的為鉆孔成像和微震監(jiān)測，前者可以獲取一維準(zhǔn)確的鉆孔裂隙參數(shù)，后者通過微震解譯可以獲取激發(fā)過程中產(chǎn)生的三維裂隙空間信息。

2）儲層的激發(fā)則是干熱巖工程所特有，關(guān)鍵技術(shù)包括創(chuàng)建新的裂隙通道和滲流途徑、有效滲流通道的解釋，儲存封隔等 。

3）儲層的管理需要對儲層有足夠的認(rèn)識基礎(chǔ)上，通過對壓力、流量等參數(shù)的控制使熱儲能夠達(dá)到長期熱提取的目的。EGS系統(tǒng)屬于人造熱儲系統(tǒng)，因此儲層的管理是系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵。相關(guān)技術(shù)包括裂隙通道及滲流途徑的控制、運(yùn)行過程中滲流監(jiān)測、開采井鉆探以及實施模擬預(yù)測等。

，中國還未開展過具體的干熱巖壓裂工程，中國科學(xué)院廣州能源所、吉林大學(xué)等在深部熱儲模擬上做了深入研究，提出了耦合THMC的裂隙換熱模型。隨著頁巖氣水力壓裂的開展，中國陸續(xù)在個別深井開展了多級壓裂、清水壓裂、同步壓裂、水力噴射壓裂和重復(fù)壓裂等壓裂工藝。干熱巖的壓裂通常采用清水壓裂，與頁巖氣開發(fā)中壓裂最大的不同在于地層巖性，干熱巖的壓裂一般為堅硬的結(jié)晶巖體，干熱巖壓裂可以從頁巖氣水力壓裂中得到啟發(fā)。

EGS儲層的激發(fā)與石油、天然氣中的壓裂有很多相似之處，其目的均是通過在巖體中高壓注水提高儲層滲透性，從而達(dá)到最大限度采油或提熱的目的。然而，兩者在壓裂原理上有著本質(zhì)不同，EGS的激發(fā)是水力剪切破壞，有別于石油、頁巖氣開發(fā)中的拉伸破壞 。

水力剪切是通過使巖體發(fā)生彼此間位移后，由于裂隙面表面粗糙度的作用在激發(fā)壓力釋放后仍然維持裂隙面的張開。水力壓裂則不同，巖體不會形成彼此滑動，因此，在注水壓力下降后，裂隙面會重新閉合，這也是在石油和天然氣的壓裂中需要通過支撐劑來維持裂隙面張開的原因。

對于干熱巖熱量提取而言，剪切破壞的優(yōu)點在于使巖體形成的裂隙面足夠大而隙寬維持較小，流體在裂隙面中穿過時流速不會過快，這樣就可以使流體從注入井到生產(chǎn)井流動過程中充分地與儲層換熱達(dá)到理想的開發(fā)溫度，同時，也可以通過減少短路循環(huán)和過早形成熱突破而延長儲層壽命。

為了創(chuàng)建最佳裂隙面大小、隙寬、密度和方向的裂隙網(wǎng)絡(luò)，在單井中的水力剪切通常需要進(jìn)行多級壓裂，多級激發(fā)的優(yōu)點有：

1）創(chuàng)建更大的儲層體積，大大增加儲層有效的換熱面積；

2）增加系統(tǒng)的滲透性和連通性，從而提高流體產(chǎn)能和降低注入壓力，提高系統(tǒng)的綜合經(jīng)濟(jì)性和發(fā)電性能；

3）單井流量達(dá)到可提供商業(yè)化發(fā)電的流量75 kg/s（大約1200 g/m）；

4）使裂隙網(wǎng)絡(luò)半徑達(dá)到500 m以上，大大延長儲層壽命。

利用導(dǎo)熱油作為載熱體來加熱瀝青的瀝青儲倉。