打中深层地热温泉井的开发技术

打中深层地热温泉井的开发技术、地热资源是指能够被有效经济开发和利用的地热能、地热流体及其有用组分，属于清洁的可再生能源，具有分布广、可直接利用的特点。我国是世界上地热资源储量较大的国家之一，在低碳经济和石油资源日益紧张的压力下，世界各个国家开发地热资源的力度不断加大；我国高温地热资源的开发利用程度相对较低，国家“十三五”规划要求加快高温地热发电产业发展，积极开展高温地热发电应用，提高地热资源消费比重，形成相关技术序列、条件成熟进行推广应用。中深层地热能是一种洁净的环保型能源，在发电、供暖等领域被利用，它是可循环再生的一种能源，因此可开发价值高，关于此能源的开发有几个主要的技术，今天小编跟大家分享的就是它的开发技术：我国“富煤贫油少气”的资源禀赋决定着我国目前的能源结构中煤炭仍占据大部分的份额。

一方面近年来随着“煤改气”“煤改电”和煤炭去产能，煤炭的占比有所降低，另一方面国内油气产量无法满足国内巨大的能源需求，进口量不断增加，油气对外依存度连年攀升。据中石油经济技术研究院发布的《2018年国内外油气行业发展报告》数据显示，2018年我国石油进口量为4.4亿吨，同比增长11%，石油对外依存度升至69.8%；天然气进口量为1254亿立方米，同比增长31.7%，天然气对外依存度为45.3%。为满足国内巨大的能源需求，除了要加大油气资源的勘探力度、增大水电、光伏、风能装机外，还要更加注重节能（热泵技术是很好的节能技术，具体可以看第三篇推文《热泵-我们不仅生成热，更是热的搬运工》）和不断开发利用新能源。

地热井钻井目的不仅是钻达目的层开发中深层地热能，它和油气井相比，有一个目的是经济节约，此技术主要用于地热井的高温、较大的井径，它的费用降低主要通过优化钻井工艺和减少井下复杂情况来实现的。由于地热井的高温，油基或者气基钻井液是较好的选择，如果考虑储层损害问题，气体基钻井液是较好的选择，但是它的适用性是有限的。因此，研发适合高温水基的钻井液是开发地热和深层油气的关键点，井壁稳定以及漏失同样是地热井钻井过程中要考虑的重要问题。地热第一个五年规划发布一年多了，地热供暖在京津冀地区特别是雄安新区、陕西西安咸阳、山东、河南等地发展如火如荼，在西藏、云南腾冲等地地热发电的项目也在增加。地热供暖作为一种清洁的供暖技术。

符合国家绿色发展理念和节能减排的要求。地热开发利用也能减轻三桶油的保供压力，可能成为缓解北方空气污染、打赢蓝天保卫战、使包括长江经济带在内的冬冷夏热地区冬暖夏凉的一项重要的节能减排方案。愿地矿油企业和建筑暖通热泵空调企业携起手来，发挥各自优势，一起推动地热的更快发展。石油工程专业《钻井工程》中介绍了各种地层的可钻性和研磨性,地层压力预测，刮刀、三牙轮、PDC金刚石钻头选用，钻柱组合，井眼轨迹设计，改善水力射流提高钻速，表层套管、技术套管、油层套管的设计选型，挤水泥固井，射孔、砾石充填完井等。钻井过程中面临着井壁垮塌、卡钻等各种风险，应使用密度合适的钻井液，然后做好井控工作，这些都是钻井工程的学习内容。

虽然地球内部热能蕴藏丰富，但是它的利用也不可以过于随意，通常情况需要以“用热不用水”原则对地热尾水进行合理回灌，一方面可以提高地热资源的利用率，以及地热资源利用的可持续性，另一方面也可以减少废弃热水对环境的污染。对油气层中油气水物质平衡研究较多，对于中深层地热特别是带水蒸气气顶的水热型地热，其热储地质储量完全可参考油气工业中物质平衡，通过地下物质平衡加岩石产热速度计算地下热平衡。通过试井（抽水试验）分析热储的产热能力、边界情况、原始地层压力等，确定地热井合理的工作制度。未来地热井是否能形成井网还不得而知，如果像油气工业一样形成井网就会涉及井网调整；如果地热的生热速度或地热的补给速度比采热速度慢。

地热也可能和油井一样面临着产量衰减，也需要历史拟合和产量预测。地热是继太阳能、风能后又一正在蓬勃发展的新能源。与所有新能源一样，浅层地热能、水热型地热能也是低能量密度、低品味能源，未来增强型地热能—-干热岩是高品位能源；不同的是地热有太阳能和风能无法比拟的优势，地热没有间歇性，地热目前主要用途是供暖，实现居住环境的冬暖夏凉，以地热发电为辅，地热发电不会给电网造成困扰，不需要昂贵的逆变器，不需要智能电网来消纳，不会有类似弃风弃光的现象，而且地热无处不在，本身就属于分布式能源，不需要建立大规模的长输管网。未来地热采用梯级利用模式，应用于发电、供暖、温泉旅游疗养、种植、养殖、干燥等多个领域，应用范围广泛。

《油田化学》同样适用于地热成井和防腐防垢，特别是开发干热岩需要的压裂液研究。《采油工程》中的井的流入动态曲线同样适用地热井，更为重要的是压裂技术，压裂技术在石油工业特别是开发页岩气应用得相当普遍，压裂技术是通过水力作用，使油气层形成裂缝，改善油气在地下的流动状态，由径向流变为裂缝中的单向流。现在地热回灌井也逐步采用射孔回灌、压裂回灌的措施，干热岩的开发更是要依靠压裂技术。由于地下高矿化度环境的原因，管线上的结垢现象普遍存在，而这给地热能的开发造成了重大的危害，因此除垢技术的研究意义重大。经研究分析，结垢是因为流经地层的高硬水在从地层开始的流动过程现压力和温度下降的情况，原有的气、液、固三相平衡被打破了。

水中的Ca（HCO3）2分解，CO2也从水中溢出，出现CaCO,致使结垢，在地热学上称作“钙华”。目前较为有效的除垢工艺主要有石灰一纯碱法以及井下控制热储层工艺。各油田还有大量的物资和数据。除去钻机、压裂车等设备外，油田还有不少废弃的油井，稍微改造就成地热井，成本相对于新钻地热井降低3/4以上。油田每年产生大量的含油污水，大庆油田每年近4亿吨含油污水，温度在30-70℃之间（这些热量一直被忽略，利用好的话效益比空气能热水器、空气源热泵供暖高），如果在井口处使用水源热泵回收利用其中的热量，将能给大面积的建筑供暖，更可以通过这种方式替代燃烧天然气伴热输油，给油田创造新的经济效益。广泛应用于炼油、石油化工、动力、食品、核能等领域的换热器也是地热不可或缺的核心设备。

而兰州石油机械研究所是全国研发、生产换热器最强的企业之一。油田的资料库和岩心库中有各地区海量的地温资料、断层断裂带等地质资料、异常高温高压区资料、三维地震资料等等。目前浅层地热钻井使用的多是潜孔锤和水文钻机，大部分潜孔锤钻井深度不到200米，井壁垮塌的可能性不大，但是随着深度的增大，井壁垮塌的可能性增大，钻机也需要逐渐改用水文钻井和石油钻机，油井深度普遍在2500米以上，超深井也有8000米以上的。除了理论知识的学习，还有专业的生产实习，去油田现场打大钳、起下钻、模拟井喷处理等。《工程流体力学》和《传热学》中伯努利方程、雷诺数、层流紊流等流态判断、沿程阻力损失和局部水头损失、热传导、热对流和热辐射等知识可用于地热中的温度、压力计算。