干熱巖熱能開(kāi)發(fā)降溫壓裂技術(shù)

干熱巖熱能開(kāi)發(fā)降溫壓裂技術(shù)干熱巖是一種新興的非常規(guī)能源資源，其儲(chǔ)量豐富，分布廣泛，潛力巨大，是一種清潔的、可再生的能源資源。干熱巖熱能開(kāi)發(fā)技術(shù)是一種高效、環(huán)保的開(kāi)發(fā)方式，尤其在能源緊張、環(huán)境污染加劇的今天，干熱巖熱能的開(kāi)發(fā)和利用越來(lái)越受到人們的關(guān)注和重視。

然而，干熱巖的開(kāi)發(fā)過(guò)程中存在著一系列技術(shù)難題，其中壓裂技術(shù)就是其中之一。傳統(tǒng)的壓裂技術(shù)采用水力壓裂或液體二氧化碳?jí)毫训姆椒?，但干熱巖中的高溫、高壓條件下，壓裂液的穩(wěn)定性、滲透性等問(wèn)題成為了制約壓裂技術(shù)應(yīng)用的瓶頸。

為了解決這一問(wèn)題，需要開(kāi)發(fā)出一種適用于干熱巖熱能開(kāi)發(fā)的降溫壓裂技術(shù)。這種技術(shù)可以使壓裂液在高溫、高壓環(huán)境下仍能保持其穩(wěn)定性和滲透性，從而提高干熱巖的開(kāi)發(fā)利用效率。

首先，需要選用適合干熱巖熱能開(kāi)發(fā)的降溫壓裂液。這種壓裂液需要具備高溫、高壓穩(wěn)定性和較好的滲透性能，同時(shí)對(duì)環(huán)境友好。目前，有一種新型的壓裂液——超臨界CO2壓裂液，其具有非常好的高溫、高壓穩(wěn)定性和滲透性能，同時(shí)環(huán)保性能也非常優(yōu)秀。因此，超臨界CO2壓裂液可以作為干熱巖熱能開(kāi)發(fā)的降溫壓裂液。

其次，利用干熱巖中的自然熱能進(jìn)行降溫處理。干熱巖的溫度一般在150-250℃之間，如果直接使用常規(guī)壓裂液進(jìn)行壓裂，壓裂液溫度會(huì)迅速升高，導(dǎo)致液體的穩(wěn)定性和滲透性下降。因此，需要采取降溫措施，利用干熱巖儲(chǔ)層自帶的熱能進(jìn)行降溫。具體方法是，將壓裂液通過(guò)加熱器加熱到與干熱巖儲(chǔ)層溫度相當(dāng)?shù)臏囟?，然后再將其注入到巖石裂縫中進(jìn)行壓裂。這樣一來(lái)，壓裂液溫度與巖石溫度相近，可以保證壓裂液的穩(wěn)定性和滲透性。

最后，需要注意控制壓裂液的壓力和注入速度。由于干熱巖儲(chǔ)層中存在著高壓力和高溫度，因此在進(jìn)行降溫壓裂時(shí)需要控制壓裂液的壓力和注入速度，防止壓力過(guò)高或注入過(guò)快導(dǎo)致壓裂液不穩(wěn)定或者巖石破裂過(guò)度。

總之，通過(guò)采用合適的降溫壓裂液、利用干熱巖自身的熱能進(jìn)行降溫處理以及控制壓裂液的壓力和注入速度，可以實(shí)現(xiàn)干熱巖開(kāi)發(fā)的高效、環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展。相信隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和應(yīng)用，干熱巖熱能開(kāi)發(fā)將會(huì)為人類的能源問(wèn)題做出越來(lái)越大的貢獻(xiàn)。干熱巖是指溫度高于150℃，且不含熱水的熱巖體。據(jù)國(guó)家能源局發(fā)布的《2019年新能源發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》，2019年我國(guó)干熱巖熱能裝機(jī)容量為10.2MW，核準(zhǔn)開(kāi)發(fā)面積為174.79km2，開(kāi)展試采面積為39.96km2。與其他非常規(guī)能源相比，干熱巖熱能的開(kāi)發(fā)潛力尚未充分挖掘，但是這種清潔、可再生的能源資源因其獨(dú)特的開(kāi)發(fā)技術(shù)、儲(chǔ)量規(guī)模等特點(diǎn)，受到越來(lái)越多的關(guān)注。

從全球范圍來(lái)看，干熱巖熱能資源儲(chǔ)量極為豐富，全球儲(chǔ)量約為1000萬(wàn)噸標(biāo)準(zhǔn)煤，分布在各大洲的地幔熱流帶或火成巖層中。其中，我國(guó)擁有豐富的干熱巖資源，分布面積大，儲(chǔ)量較為豐富，被廣泛認(rèn)為是未來(lái)替代化石能源的重要能源選項(xiàng)。據(jù)國(guó)家能源局的資料顯示，華北地區(qū)的干熱巖儲(chǔ)量約占全國(guó)干熱巖資源的56.3%。在華北地區(qū)，山西省、內(nèi)蒙古自治區(qū)等地區(qū)儲(chǔ)量較大。

干熱巖熱能開(kāi)發(fā)技術(shù)是目前最為成熟的非常規(guī)熱能開(kāi)發(fā)技術(shù)之一，其能夠利用地?zé)崮茉矗糜诎l(fā)電、供熱等領(lǐng)域。干熱巖開(kāi)發(fā)存在的技術(shù)難點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：

1.熱巖滲透性差：熱巖層的滲透性很小，高壓水射流難以在巖層中擴(kuò)展，也會(huì)引起巖層的振裂。而干熱巖熱能開(kāi)發(fā)所采用的壓裂技術(shù)，需要在高溫、高壓環(huán)境下注入壓裂液。如何保證壓裂液在高溫、高壓環(huán)境下仍保持滲透性是難點(diǎn)之一。

2.高溫、高壓環(huán)境下工作：干熱巖地下儲(chǔ)層溫度一般在150℃以上，往往還呈高壓狀態(tài)，對(duì)開(kāi)采設(shè)備和人員的安全構(gòu)成了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

3.對(duì)石墨烯和納米材料等新材料的要求：利用石墨烯、納米材料等新材料研制出具有高溫、高壓下穩(wěn)定性和滲透性的壓裂液也是干熱巖開(kāi)發(fā)的難點(diǎn)之一。

當(dāng)前，國(guó)內(nèi)多個(gè)單位和企業(yè)正在從理論研究到試驗(yàn)驗(yàn)證，逐步實(shí)現(xiàn)干熱巖熱能開(kāi)發(fā)。若干銣能等科技企業(yè)是國(guó)內(nèi)干熱巖熱能開(kāi)發(fā)嘗試的先行者，其研究的高效熱媒介材料與熱儲(chǔ)技術(shù)為干熱巖熱能開(kāi)發(fā)提供了一條新的技術(shù)路徑。中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（北京）等高校也在開(kāi)展干熱巖探測(cè)、數(shù)值模擬等方面的研究工作。

在國(guó)際上，美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)等國(guó)家是干熱巖熱能開(kāi)發(fā)技術(shù)的發(fā)展高地。美國(guó)早在20世紀(jì)70年代就開(kāi)始了熱巖的實(shí)驗(yàn)性鉆探，迄今已在全國(guó)范圍內(nèi)成功開(kāi)發(fā)多座干熱巖電站。德國(guó)在干熱巖熱能領(lǐng)域也保持著領(lǐng)先地位，已開(kāi)發(fā)出了諸如超臨界CO2壓裂液等一系列衍生技術(shù)。

從以上分析可見(jiàn)，干熱巖熱能是一種極為珍貴的非常規(guī)能源資源。目前干熱巖熱能的開(kāi)發(fā)技術(shù)正在逐步推進(jìn)，尤其是在新材料、新技術(shù)的應(yīng)用上有了很大的進(jìn)展。未來(lái)干熱巖熱能技術(shù)的發(fā)展將更加成熟，儲(chǔ)量的探明率和開(kāi)采率將會(huì)進(jìn)一步提高?？偟膩?lái)說(shuō)，干熱巖熱能開(kāi)發(fā)不僅可以改善人們的生活質(zhì)量，還可以實(shí)現(xiàn)環(huán)保、低碳能源的可持續(xù)發(fā)展。案例一：美國(guó)加利福尼亞州ImperialValley干熱巖電站項(xiàng)目

ImperialValley干熱巖電站項(xiàng)目位于美國(guó)加利福尼亞州ImperialCounty，由美國(guó)的CosoOperatingCompany負(fù)責(zé)管理和開(kāi)發(fā)。該項(xiàng)目的主要特點(diǎn)是擁有豐富的巖石熱能資源，是美國(guó)最大規(guī)模的干熱巖發(fā)電項(xiàng)目之一。該電站的開(kāi)發(fā)利用了巖石熱能資源，協(xié)同使用地?zé)岷蜔醿?chǔ)技術(shù)。2019年開(kāi)始實(shí)際工作，總裝機(jī)容量400兆瓦（MW），包括10座電站，每座電站并聯(lián)100MW的發(fā)電機(jī)組。預(yù)計(jì)2023年全面投產(chǎn)。

該項(xiàng)目還關(guān)注環(huán)境問(wèn)題，采用了濕地冷卻技術(shù)，使二氧化碳排放量大幅減少，并將回收90％的開(kāi)采水供給JeepValley灌溉計(jì)劃。

該案例的成功表明，干熱巖熱能開(kāi)發(fā)具有可行性。同時(shí)，通過(guò)投資、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的方式，干熱巖熱能項(xiàng)目可以成為穩(wěn)定、清潔、可靠的能源來(lái)源，使人們實(shí)現(xiàn)更加可持續(xù)的資源利用。

案例二：中國(guó)內(nèi)蒙古多倫縣干熱巖試采項(xiàng)目

中國(guó)內(nèi)蒙古自治區(qū)多倫縣干熱巖試采項(xiàng)目采用了干熱巖儲(chǔ)層的壓裂技術(shù)，通過(guò)地下冷水強(qiáng)行射入裂隙中，從而使巖石熱能資源得以利用。該項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)對(duì)于中國(guó)的能源轉(zhuǎn)型具有重要的作用。在試驗(yàn)階段，電站試運(yùn)行時(shí)間為48小時(shí)，累計(jì)發(fā)電量達(dá)到415.5千瓦時(shí)（kWh）。

該項(xiàng)目開(kāi)發(fā)過(guò)程中，面臨了一系列技術(shù)挑戰(zhàn)，如如何提高壓裂液的滲透性，以及如何穩(wěn)定儲(chǔ)層溫度等。項(xiàng)目運(yùn)營(yíng)單位進(jìn)行了大量的研究和實(shí)踐，最終提出了基于高溫下納米粒子穩(wěn)定的液相壓裂技術(shù)。這種新技術(shù)大大提升了開(kāi)采效果和安全性。

這個(gè)案例表明，在面臨技術(shù)難題時(shí)，科技創(chuàng)新是必要的。同時(shí)，試驗(yàn)性質(zhì)的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)可以為數(shù)百方的應(yīng)用提供重要的參考。

結(jié)論

干熱巖熱能開(kāi)發(fā)具有巨大的潛力，可為各國(guó)提供更加清潔、可靠的能源