增强型地热系统（EGS）技术应用

地热能是一种重要的可再生能源，储量丰富，所含的总热量约为3.9×10¹⁹kW.h/yr，其中我国的地热资源占比高达7.9％。2014年世界上地热能主要应用于地源热泵、发电、沐浴和游泳、采暖，这四者分别占比６１％、１４％、１１％、９％。预计到2050年，世界上地热发电量达到每年1.4×1012ｋＷ·ｈ，占总电能消耗量的3.5%。

我国以地热能直接利用为主，是世界上地热能直接利用量最大的国家，然而地热发电所占份额很小，目前仅有羊八井地热电站正常运营，其发电的装机容量长期维持在24ＭＷ左右，远低于美国2011年的3112ＭＷ，这表明我国的地热能没有被充分的利用。为此，我国将加大对地热发电的投入，预计在2050年地热发电的装机容量达到550ＭＷ，其中增强型地热系统（ｅｎｈａｎｃｅｄ ｇｅｏｔｈｅｒｍａｌ ｓｙｓｔｅｍ，ＥＧＳ）发电为主，其装机容量达到300ＭＷ。

EGS，也被称为干热岩（ｈｏｔ ｄｒｙ ｒｏｃｋ，ＨＤＲ）地热系统，由于具有极大的开发应用前景而受到广泛的关注。美国能源部对EGS的定义是从一种低渗透率和低孔隙率的地热资源中提取大量热能而创建的热储层。根据这个定义，ＥＧＳ不包括高品位的水热型地热，但是包括分布在地层3-10ｋｍ内的结晶岩、沉积岩、地压型地热、岩浆型地热及低品位的水热型地热等。EGS是少数几个既能够提供持续的机载电能又对环境影响小的可再生能源，其资源非常丰富，根据计算得到美国的可开采热量超过5.6ｘ1016ｋＷ·ｈ，大致相当于美国2005年能源总消耗量的2000倍，而随着技术的进步，可开采量可能增长10倍甚至更多。预计到2050年，美国的EGS发电的装机容量有望达到10^５ＭＷ，占美国机载电能的10％。

干热岩是埋藏于距地表3～10 km深度范围内低渗透性的高温岩体。由于干热岩天然渗透率极低，无法经济地提取出地热能，所以干热岩的开发必须建立增强型地热系统(EGS,Enhanced Geothermal System)。EGS是利用人工手段在干热岩中建立高渗透性的人工热储，然后注入低温流体介质，置换干热岩中的热能。EGS最关键的技术是储层改造，目的是在低渗透性岩石中建立大体积的储水层，使原有天然裂隙错动或形成新的裂缝，从而使注入井和生产井系统建立适当的连通性。常用的储层改造方法有水力压裂、热刺激和化学刺激。水力压裂是最主要的EGS储层改造手段，目前国外几乎所有EGS工程都采用了水力压裂技术来形成换热构造，如美国Fenton Hill，法国Soultz，日本Hijiori等。该技术最初来源于油气行业，但近些年已经成为干热岩人工热储形成的重要手段。然而，由于岩石构造不同，天然裂隙的差异以及压裂过程的各种不确定性因素，导致压裂过程中裂隙系统的发展和压裂的效果难以预测。储层的裂隙结构直接影响流体在热储中的渗流换热过程，是决定EGS可开采热能和运行寿命的关键因素。

我国的ＥＧＳ资源高7.0ｘ10¹⁸ｋＷ·ｈ，按照2％的开采系数计算，可开采热量大致相当于我国2013年能源总消耗量的4500倍。

EGS工程的研究及工程示范的建立成为今后我国深层干热岩开采的主攻方向。增强型地热系统的研究和应用：

地球物理勘探手段的应用

由于干热岩致密坚硬，温度较高，对钻探施工技术要求较高，施工成本投入大。所以为提高钻探孔位选定的可靠度，可以充分利用地球物理勘探手段，以“物探先行，钻探验证”的思路，降低钻探施工风险。

靶区优选与孔位选址

开展干热岩地热资源评价与靶区优选工作，通过分析国内重点高地热背景区域的地质条件、地温场特征、构造分布、控热因素、热源及热源通道等，结合地球物理场特征，确定干热岩施工孔位。

高温硬岩钻探技术

根据国内石油及干热岩钻探施工经验，我国钻探技术已经克服了高温钻探、硬岩钻进、定向钻进等技术难题，目前如何降低钻探成本、提高钻探效率、优化井身结构，将是我们下一步重点关注的问题，这对未来干热岩大规模开采利用，将奠定重要的基础.

水力压裂连通

吸取国际成果的经验与教训，为提高干热岩的取热效率，水力压裂与井间连通是干热岩开采过程中的关键技术之一。水力压裂手段已经在石油开采行业成熟的应用，但在压裂的同时，如何做到井组的裂缝连通，形成稳定的三维裂隙换热网络，是目前一直探索的难题。

实施增强型地热系统示范工程，使干热岩资源成为中国经济发展强有力的能源保障。