天然氣資源開發利用的技術與經濟分析

0我國地熱資源開發現狀能源和環境保護是人類生存和發展的兩個主題。根據國際能源機構的預測，礦渣中的石油資源將在30-40年內匱乏。根據儲量比，天然氣資源只能在20.30年內使用。世界巖漿巖的消耗導致大量溫室氣體排放，如二氧化碳。世界巖漿巖的消耗導致能耗嚴重。根據聯合國的統計，隨著世界各國變變趨勢的進一步加劇，氣候變化將成為人類社會面臨的最嚴重自然災害。20世紀90年代，世界上最嚴重的氣象事件是50年代的5倍，這嚴重威脅著人類的生存。中國人均能源資源充足，能源結構主要是煤炭石油等化石能源，其中煤炭消費占能源總消耗的60%以上。然而，自20世紀70年代以來，中國的熱資源開發和利用取得了很大進展。2008年，利用冷熱資源，減少co.25萬噸，相當于860萬多萬輛汽車的尾氣量，每年經濟效益為70.92億元。然而，過去的熱采量通常在1000米以內，主要是平面熱源開發。大量平面熱資源分布在一些地區，導致地下水位顯著下降和土壤侵蝕。同時，平面熱的溫度和水量難以滿足高度加工的相關領域，如發電和工業加工的需要。因此，加強對深層土壤和水的地下水位系統（egs）的研究和應用已成為中國今后地熱資源開發的重要組成部分。1中國深層熱資源的儲存和使用方法1.1深層地熱資源我國幅員遼闊,地熱資源豐富.全世界地熱能儲量為140×106EJ/a,其中,中國地熱資源潛力為11×106EJ/a,占全球的7.9%.中國有極豐富的深層地熱資源,根據板塊構造理論,中國西南部受印度洋板塊的擠壓作用,東南部受菲律賓板塊的擠壓作用,東部受太平洋板塊的擠壓作用,地質活動強烈.這些地區有很高的地熱梯度,典型代表如:西藏羊八井地區、云南騰沖地區、海南、瓊北地區、臺灣及東南沿海地區、長白山天池等地,具有極豐富的高溫巖體地熱資源,開發條件極為優越.目前我國深層地熱資源的儲藏狀況為:地熱儲藏類型更加復雜,已發現構造、地層超覆、火山巖體等多種成因的地熱田;熱儲層類型多樣化,除了較為常見的新生界第三系砂礫巖和火山巖可作為有效熱儲層外,奧陶系灰巖和基巖風化殼亦可作為有效熱儲層(詳見表1).1.2高溫巖體熱儲的研究地熱能源系統按地下熱儲的存在形式,主要可分為2種類型:①地壓型.這一類型的熱能主要存在于滲透性沉積巖或火山巖中,以及可以沿斷層或裂隙保持開放通道的高強度巖石,如花崗巖.由于水通過斷層和裂隙的對流循環,地熱儲熱巖石中的熱能是通過把熱水帶到地表的方式進行開采的,其動力是由向下運動的冷水和向上運動的熱水之間的密度差所產生的重力;②高溫巖體地熱型(HotDryRock簡稱HDR).此類型的地熱能埋藏于極低滲透率的巖層中(一般為火山活動遺留的高溫巖漿囊).溫度在4km深處約為300℃,到30km深處可達1200℃.其開發利用方式是鉆深井(深3000~5000m)達到地下結晶質巖層(溫度一般可達150~350℃);采用相應的井下作業措施(如射孔、爆炸、水力壓裂、酸化等),在高溫巖體中造成具有高滲透性的裂縫體系,也就是建造所謂的“換熱構造”或稱“人工熱儲”;從注入井注入冷水,經裂縫換熱構造加熱從開采井提取熱水;而后將熱水用于熱電聯產或建筑供熱.2中國高溫氣候系統egs的發展2.1低溫地下水的補給深層地熱的開采會造成熱儲壓力的降低,進而導致溫度較低的地下水的流入開采層,也可能導致深部更高溫度的熱流體的補充.其中,高溫的熱流體的補充正是人們所期望出現的狀況,溫度較低的地下水流入開采層以增加熱儲的補給水源,這兩方面有利于開采貯存在熱儲巖石中的熱量.但如果低溫地下水的補給過多,將會引起熱儲的冷卻,降低地熱資源的使用價值.地熱流體中許多組份的濃度依賴于熱流體的溫度,不同溫度的水混合后會破壞地熱系統的化學平衡,從而改變儲層及地熱流體的化學成分.因低溫地下水的入侵而引起的地熱流體化學成分的變化往往先于地熱系統的物理變化.因此,需要建立能夠可靠預測巖石和流體之間的化學反應,正確設計和強化深層地熱開采系統的技術測評體系.2.2地震地質意義我國的地質狀況較為復雜,斷裂構造極為發育,而我國的地熱田又大都與斷裂有關,即使是淺部的第三系地熱開采也受到各種斷裂構造的困擾.許多地熱田所處的斷陷區相對埋深較大,地震資料的可靠程度較低,許多斷裂主要依據重力、磁力資料確定.由于總體勘探水平較低,資料的可靠程度差,斷陷的分布及其范圍、斷陷中的巖性組合尚存在諸多不確定性,因而深層勘探難度較大代價昂貴,需要前期成熟可靠的數值模擬進行技術測評.3加快中國深度和厚熱系統發展(1)f-ms水動力作用機理關于深層EGS開發科學基礎的研究是一個全新的多領域工程技術課題,涉及巖體物理學、化學、流體動力學、傳熱學及巖體力學等基礎理論研究.深化研究不同水動力條件下,EGS系統熱傳導過程及熱提取效率;地下多相流和巖石間相互作用的機理研究;確定化學作用過程中的溶解、沉淀作用,以及系統和地質介質流動條件的改變對熱傳導的影響.只有不斷深化理論體研究,才能為工程應用提供科學合理依據;(2)建立典型地質類型的egs研究數據庫通過資料搜集、大量的室內試驗、數值模擬、天然類比法等多種途徑,建立我國典型地質類型的EGS系統的基礎數據庫、礦物熱力學數據庫和反應動力學數據庫,特別是高溫條件下的熱、動力學數據庫,為EGS評價預測系統運行提供必需的基礎數據;(3)研究地質條件要是地的地質特征,為地質研究提供地質條件資通過理論研究,現場勘測,實驗及富含氣體的地熱系統的天然類比法、數值模擬等技術方法的研究,總結出一個理性的、以科學為基礎的用以測試和審查強化地熱開發的設計,篩選和選擇潛力試驗場地的技術標準,評測對深層地熱開采后的地下水文地質狀況.EGS的工業化需要開發綜合反映地質條件、地熱傳導、地球化學和水文地質條件的滲流場-化學場-溫度場-應力場多場耦合的測評系統;評價典型場地EGS穩定運行條件和熱能產出能力、EGS的運行效率,為我國EGS系統優化、設計與工程實施提供技術支撐;(4)超臨界co作循環液利用深層地熱開發過程通常以水為熱能載體的熱媒,而水在高溫環境下是一種強離子溶劑.因此,以水為媒可促進某些巖石礦物質的溶解,同時也可能生成新的沉淀物,這樣會對裂隙滲透率和將熱量帶到地表的水循環率產生很大影響.鑒于以水為熱載體的EGS運行中存在的問題,近年來,國外學者和相關機構進行了用超臨界CO2作循環液的強化地熱系統(CO2-EGS)的研究.這一方法,避免了水注入地下后產生的一系列問題,在實現了CO2的資源化的同時,又使其被儲存于地下介質中.對CO2減排和可再生能源利用具有重要意義.4多學科、多領域的新課題,需要進一步研究新的發展方向和應用前景(1)我國深層地熱資源存儲量豐富,可開發潛力巨大.深層地熱資源開發是解決我國能源緊張和