地?zé)崮埽环N來自地球深處的可再生能源，雖然“小眾”但其發(fā)展?jié)摿s備受期待。經(jīng)過多年研究，地?zé)崮荛_采技術(shù)不斷取得突破，干熱巖、增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)、超臨界流體等非常規(guī)地?zé)峒夹g(shù)逐漸走入大眾視野，吸引投資者的目光。
不久前，美國大型研究機(jī)構(gòu)R&M發(fā)布了《2018年地?zé)崮芊治觥穲?bào)告，報(bào)告指出，目前多種勘探、獲取地?zé)崮艿难邪l(fā)活動正在活躍建設(shè)中，對一些地?zé)豳Y源豐富的國家來說，該技術(shù)有望滿足未來幾代人的能源供給需求。
報(bào)告也肯定了地?zé)崾且环N簡單、安全的化石燃料替代方法。但為了可持續(xù)利用地?zé)豳Y源，減少地?zé)崂脦淼臑?zāi)害，地?zé)衢_采怎么“鉆”至關(guān)重要。
鉆井提速是追求目標(biāo)
目前，學(xué)術(shù)界一般將地?zé)岱譃闇\層地?zé)岷椭猩顚拥責(zé)醿煞N地?zé)豳Y源。中深層地?zé)岚ǖ叵律疃?00～3000米的地?zé)崮芤约暗叵律疃?000米以上的干熱巖所具有的熱能。
中國石油大學(xué)油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授宋先知給出的數(shù)據(jù)顯示，我國淺層地?zé)醿α考s95億噸標(biāo)煤，中深層地?zé)醿α考s1.37萬億噸標(biāo)煤，干熱巖儲量約860萬億噸標(biāo)煤。由此可見，中深層地?zé)峒案蔁釒r開采前景可期。
就像水電開發(fā)一樣，基于地?zé)嵩缴?，資源量越大，開發(fā)難度也就越大，在宋先知看來，鉆井、完井與開采技術(shù)是地?zé)豳Y源經(jīng)濟(jì)高效開發(fā)的關(guān)鍵，而鉆井提速則一直是鉆井人不懈追求的目標(biāo)。
在近日召開的第八屆中深層地?zé)豳Y源高效開發(fā)與利用國際會議上，宋先知介紹了多種鉆井提速技術(shù)，其中，自振空化射流提高鉆井速度就極具可行性。
據(jù)介紹，空化（汽蝕）危害巨大，流體局部壓力低于飽和蒸汽壓產(chǎn)生空泡，空泡潰滅時(shí)沖擊壓力可達(dá)上千兆帕，破壞力極強(qiáng)?？栈淞鲃t能實(shí)現(xiàn)變害為利，國內(nèi)外提出將空化極強(qiáng)破壞力引入水射流，可不提高地面泵壓的同時(shí)大幅度提高射流破巖效率。而風(fēng)琴管諧振原理調(diào)制自震空化射流方法，射流破巖能力可提高1.3～2.3倍，射流壓力脈動增強(qiáng)24%～37%。
“在勝利、遼河等十多個(gè)油田試驗(yàn)的1700多只自振空化射流鉆頭，在相同條件下，鉆速提高12.1%～23.1%。”宋先知表示，“相比油田鉆井，地?zé)徙@井圍壓低、溫度高，更加有利于空化發(fā)生。”
除此之外，鉆井液脈沖射流加高頻震動沖擊聯(lián)合破巖，誘發(fā)巖石共振，在交變應(yīng)力的作用下，也可進(jìn)一步提高破巖效率。
不過，除了提高鉆速，鉆井的過程中需要克服的挑戰(zhàn)還有很多，業(yè)內(nèi)專家表示，為確保鉆井的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量，還要謹(jǐn)慎考察地層的條件以及鉆孔方位，選擇合適的鉆頭，這樣不僅能確保工程的順利進(jìn)展，還能提升工作效率，降低工程成本。
科學(xué)計(jì)算回灌井井距
隨著地?zé)衢_發(fā)利用的不斷發(fā)展，地?zé)峋臄?shù)量和抽水量都逐年增加，有的地方已達(dá)到甚至超過資源評價(jià)所限定的抽水量極限。只抽不灌，不但不利于保護(hù)地?zé)豳Y源，同時(shí)也將含有某些有害成分的地表水體滲透到地下，造成不同程度的環(huán)境污染。
當(dāng)前，回灌開采在內(nèi)的新型地?zé)衢_采方法逐漸被采用并獲得良好的效果，特別是由開采井和回灌井組成的增強(qiáng)地?zé)嵯到y(tǒng)，在實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用。
中國地質(zhì)大學(xué)能源學(xué)院教授李志平表示，增強(qiáng)地?zé)嵯到y(tǒng)通過對地下水的抽取和回灌，完成熱量交換過程，由于回灌井與地下含水層初始溫度存在差異，如果抽水井和回灌井之間距離較近，在短時(shí)間內(nèi)回灌行為就會影響到抽水井水溫，出現(xiàn)熱貫通現(xiàn)象，且抽水井水溫也很難達(dá)到用戶要求。
李志平指出，抽水井與回灌井距離過大、過小都有利弊。如果距離大，回灌水在儲層中可以充分加熱，保持儲層熱水溫度的穩(wěn)定性，這樣采出的水的溫度也是恒定的；但與此同時(shí)，如果儲層滲透率低，回灌井遠(yuǎn)，可能需要增加灌注泵，從而增加了成本。而如果抽水井和回灌井距離小，雖然能降低灌注成本，但由于距離近流速快，回灌水在儲層很可能形成大的通道，造成采出水溫度不達(dá)標(biāo)。
因此，在李志平看來，通過科學(xué)的計(jì)算方法，合理確定回灌井井距非常重要?；毓嗑啻_定要遵循多項(xiàng)原則，包括盡量降低回灌的成本，不增加回灌泵；回灌造成的井底壓力不能破壞儲層，把儲層壓裂；回灌流體要在儲層中充分加熱，避免井距太近，造成回灌水很快流到采出井底，使得水溫降低。
為此，李志平也提出了諸多確定回灌井井距的計(jì)算方法，包括管流—滲流協(xié)調(diào)法，即根據(jù)采出井口壓力和地層滲透性能確定回灌井井距；地層破裂壓力法，即回灌井流入儲層不能產(chǎn)生裂縫，以不產(chǎn)生裂縫的距離為合理井距；地層熱傳分析法，即回灌井注入儲層后，流體到采出井時(shí)，加熱到原來流體的溫度時(shí)，人為距離是合理的。另外，同時(shí)滿足以上三個(gè)方法的井距也是合理井距。
地?zé)峄毓嗍且豁?xiàng)非常復(fù)雜的技術(shù)，在業(yè)內(nèi)專家看來，在大規(guī)?；毓嘀叭匀恍枰M(jìn)行回灌試驗(yàn)，示蹤試驗(yàn)是回灌試驗(yàn)中非常重要的一種手段，對于研究回灌引起地?zé)崽锢鋮s的可能性具有重要的意義。
不久前，美國大型研究機(jī)構(gòu)R&M發(fā)布了《2018年地?zé)崮芊治觥穲?bào)告，報(bào)告指出，目前多種勘探、獲取地?zé)崮艿难邪l(fā)活動正在活躍建設(shè)中，對一些地?zé)豳Y源豐富的國家來說，該技術(shù)有望滿足未來幾代人的能源供給需求。
報(bào)告也肯定了地?zé)崾且环N簡單、安全的化石燃料替代方法。但為了可持續(xù)利用地?zé)豳Y源，減少地?zé)崂脦淼臑?zāi)害，地?zé)衢_采怎么“鉆”至關(guān)重要。
鉆井提速是追求目標(biāo)
目前，學(xué)術(shù)界一般將地?zé)岱譃闇\層地?zé)岷椭猩顚拥責(zé)醿煞N地?zé)豳Y源。中深層地?zé)岚ǖ叵律疃?00～3000米的地?zé)崮芤约暗叵律疃?000米以上的干熱巖所具有的熱能。
中國石油大學(xué)油氣資源與探測國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授宋先知給出的數(shù)據(jù)顯示，我國淺層地?zé)醿α考s95億噸標(biāo)煤，中深層地?zé)醿α考s1.37萬億噸標(biāo)煤，干熱巖儲量約860萬億噸標(biāo)煤。由此可見，中深層地?zé)峒案蔁釒r開采前景可期。
就像水電開發(fā)一樣，基于地?zé)嵩缴?，資源量越大，開發(fā)難度也就越大，在宋先知看來，鉆井、完井與開采技術(shù)是地?zé)豳Y源經(jīng)濟(jì)高效開發(fā)的關(guān)鍵，而鉆井提速則一直是鉆井人不懈追求的目標(biāo)。
在近日召開的第八屆中深層地?zé)豳Y源高效開發(fā)與利用國際會議上，宋先知介紹了多種鉆井提速技術(shù)，其中，自振空化射流提高鉆井速度就極具可行性。
據(jù)介紹，空化（汽蝕）危害巨大，流體局部壓力低于飽和蒸汽壓產(chǎn)生空泡，空泡潰滅時(shí)沖擊壓力可達(dá)上千兆帕，破壞力極強(qiáng)?？栈淞鲃t能實(shí)現(xiàn)變害為利，國內(nèi)外提出將空化極強(qiáng)破壞力引入水射流，可不提高地面泵壓的同時(shí)大幅度提高射流破巖效率。而風(fēng)琴管諧振原理調(diào)制自震空化射流方法，射流破巖能力可提高1.3～2.3倍，射流壓力脈動增強(qiáng)24%～37%。
“在勝利、遼河等十多個(gè)油田試驗(yàn)的1700多只自振空化射流鉆頭，在相同條件下，鉆速提高12.1%～23.1%。”宋先知表示，“相比油田鉆井，地?zé)徙@井圍壓低、溫度高，更加有利于空化發(fā)生。”
除此之外，鉆井液脈沖射流加高頻震動沖擊聯(lián)合破巖，誘發(fā)巖石共振，在交變應(yīng)力的作用下，也可進(jìn)一步提高破巖效率。
不過，除了提高鉆速，鉆井的過程中需要克服的挑戰(zhàn)還有很多，業(yè)內(nèi)專家表示，為確保鉆井的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量，還要謹(jǐn)慎考察地層的條件以及鉆孔方位，選擇合適的鉆頭，這樣不僅能確保工程的順利進(jìn)展，還能提升工作效率，降低工程成本。
科學(xué)計(jì)算回灌井井距
隨著地?zé)衢_發(fā)利用的不斷發(fā)展，地?zé)峋臄?shù)量和抽水量都逐年增加，有的地方已達(dá)到甚至超過資源評價(jià)所限定的抽水量極限。只抽不灌，不但不利于保護(hù)地?zé)豳Y源，同時(shí)也將含有某些有害成分的地表水體滲透到地下，造成不同程度的環(huán)境污染。
當(dāng)前，回灌開采在內(nèi)的新型地?zé)衢_采方法逐漸被采用并獲得良好的效果，特別是由開采井和回灌井組成的增強(qiáng)地?zé)嵯到y(tǒng)，在實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用。
中國地質(zhì)大學(xué)能源學(xué)院教授李志平表示，增強(qiáng)地?zé)嵯到y(tǒng)通過對地下水的抽取和回灌，完成熱量交換過程，由于回灌井與地下含水層初始溫度存在差異，如果抽水井和回灌井之間距離較近，在短時(shí)間內(nèi)回灌行為就會影響到抽水井水溫，出現(xiàn)熱貫通現(xiàn)象，且抽水井水溫也很難達(dá)到用戶要求。
李志平指出，抽水井與回灌井距離過大、過小都有利弊。如果距離大，回灌水在儲層中可以充分加熱，保持儲層熱水溫度的穩(wěn)定性，這樣采出的水的溫度也是恒定的；但與此同時(shí)，如果儲層滲透率低，回灌井遠(yuǎn)，可能需要增加灌注泵，從而增加了成本。而如果抽水井和回灌井距離小，雖然能降低灌注成本，但由于距離近流速快，回灌水在儲層很可能形成大的通道，造成采出水溫度不達(dá)標(biāo)。
因此，在李志平看來，通過科學(xué)的計(jì)算方法，合理確定回灌井井距非常重要?；毓嗑啻_定要遵循多項(xiàng)原則，包括盡量降低回灌的成本，不增加回灌泵；回灌造成的井底壓力不能破壞儲層，把儲層壓裂；回灌流體要在儲層中充分加熱，避免井距太近，造成回灌水很快流到采出井底，使得水溫降低。
為此，李志平也提出了諸多確定回灌井井距的計(jì)算方法，包括管流—滲流協(xié)調(diào)法，即根據(jù)采出井口壓力和地層滲透性能確定回灌井井距；地層破裂壓力法，即回灌井流入儲層不能產(chǎn)生裂縫，以不產(chǎn)生裂縫的距離為合理井距；地層熱傳分析法，即回灌井注入儲層后，流體到采出井時(shí)，加熱到原來流體的溫度時(shí)，人為距離是合理的。另外，同時(shí)滿足以上三個(gè)方法的井距也是合理井距。
地?zé)峄毓嗍且豁?xiàng)非常復(fù)雜的技術(shù)，在業(yè)內(nèi)專家看來，在大規(guī)?；毓嘀叭匀恍枰M(jìn)行回灌試驗(yàn)，示蹤試驗(yàn)是回灌試驗(yàn)中非常重要的一種手段，對于研究回灌引起地?zé)崽锢鋮s的可能性具有重要的意義。
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