河南省“十一五”深部钻探工程综述

“十一五”期间,河南省钻探工程在资源与环境并重的新形势下,紧密结合深部找矿、新能源（地热、煤层气）等勘查开发要求,逐步实现了中深钻探向深部钻探的过度和发展。固体矿产深部钻探完成工作量295415 m,占全部小口径钻探工作量的15.5%,最大钻孔深度1620 m;地热、煤层气、盐矿深部钻探完成工作量998365 m,占全部大口径钻探工作量的8.03%,最大井深3300 m。在新技术、新工艺推广应用和科技创新方面主要采用了绳索取心+液动潜孔锤、井底螺杆马达、空气潜孔锤和石油钻井工艺等多工艺复合式钻探技术,并取得了显著成效。同时,就深部钻探存在的主要问题进行了详细阐述,并提出了建议。     

河南省水热型地热成因模式及钻探方法

按照热储赋存的地质环境划分,河南省水热型地热资源有沉降或沉积盆地、山前盆地和山地隆起3种类型。由深部大断裂对流热传导和侵入岩热传导提供高温热源,并与新近系、古近系和古生界浅层地下水进行热交换,最终形成孔隙型、裂隙型和岩溶型地热资源。"十四五"期间,河南省的水热型地热资源勘查开采目的层主要以1800～4000 m岩溶热储为主,这将对地热钻探工程带来新的挑战。根据地层特点和经验,提出了深部地热钻探应该遵循"绿色环保、高质高效、安全健康"的总体原则。针对地层特征和钻探要求,首先选择空气钻进(空气潜孔锤、气举反循环、空气正循环回转取心),其次选择钻井液+空气(气举反循环),最后选择钻井液(回转+螺杆)等,实现"一井多工艺"的复合钻探方法。     

我国第一口干热岩科学钻探深井开钻

<正>2015年5月21日,由中国地质调查局组织实施的我国首个干热岩科学钻探深井,在福建省漳州龙海市东泗乡清泉林场开钻,钻探深度将达4000m,这标志着我国干热岩勘查开发进入实践探索阶段。通过实施科学钻探,将进一步研究深部干热岩赋存特征和成因机制,评价干热岩资源潜力,为我国实现干热岩开发利用提供科学依据。近年来,中国地质调查局高度重视地热资源勘查开发,先后完成31个省会级城市和主要地级城市     

大地电磁测深法在湖北省干热岩地热资源勘查中的应用

干热岩作为地热资源的重要组成部分,具有清洁、稳定、可再生的优势,潜力巨大。研究干热岩对于湖北省能源利用、环境保护意义重大。因此,对湖北省具有干热岩成藏条件的干热岩靶区进行分析,选择大别地区罗田和江汉盆地嘉鱼,采用大地电磁探测技术进行模型二维正演。最后通过野外数据采集,对TM模式数据进行反演解译,基本查明两地深部电性结构,推测控热构造的分布规律,初步评估其干热岩潜力。     

耐高温高压复合保温管研究

耐高温高压复合保温管主要解决超高温高压环境下钻孔测量问题。为攻克超高温高压环境下真空绝热保温、高压密封等关键技术,研究的耐高温高压复合保温管为"超高温钻孔测量仪"提供一种耐高温承压管,使用环境温度可达270℃,压力120 MPa。通过室内测试与现场应用,说明其满足超高温高压要求,可应用于高温地热能钻探工程、干热岩钻探工程、科学钻探工程、深部矿产资源勘探和深部油气资源勘探等工程中,为超高温大深度钻井测量提供技术支撑。     

天河煤矿深部和外围找煤及建议

通过开展深部及外围普查找矿工作,收集深部钻探资料,经估算深部获取了较客观的资源储量,取得了较好的找矿效果.综合分析天河煤矿深部地质特征可知,部分煤系地层主要因构造而缺失,含煤地层及煤层赋存形态虽复杂,但是在深部A煤层厚度较厚,赋煤条件较好,资源前景良好,建议对深部进一步开展找煤工作.     

干热岩资源特征及开发利用研究进展

随着传统化石能源的日渐短缺,干热岩作为一种清洁的可再生地热资源,符合现代化工业社会的需求,对干热岩资源特征及开发利用研究越来越得到人们的重视,成为新能源开发和研究的热点。文中分析了中美干热岩资源特征,岩石裂隙在热传输过程中的重要作用,总结了优化钻孔布局的方法、地热资源钻井成本估算,高温地热钻探技术与干热岩地热资源的利用等方面的研究进展。根据中国干热岩资源特征及开发利用现状,建议高度重视干热岩赋存特征与开采条件的研究,加强压裂贯通技术的研发,大力提升现有的钻探设备水平。     

“第二届探矿工程学术论坛(EEF China 2012)”一号通知(征稿通知)

主题:深部找矿和深部探测中钻探技术的机遇与挑战2012.10福建厦门主管单位:中国地质调查局主办单位:中国地质科学院勘探技术研究所中国地质大学(武汉)岩土钻掘与防护教育部工程研究中心福建省地质矿产勘查开发局承办单位:《探矿工程(岩土钻掘工程)》编辑部一、论坛主题及背景主题:深部找矿和深部探测中钻探技术的机遇与挑战背景:近年来,深部找矿、攻深找盲、危机矿山接替资源找矿及找矿突破战略行动等多项重大找矿行动的实施,以及最近启动的地球深部探测计划,     

深部找矿中加强钻探技术工作的几点认识

分析了目前勘探单位从事深部找矿钻探技术、设备、专业技术人员现状及深部勘探对钻探技术装备的需求.并结合实际提出了深部找矿如何加强钻探技术工作的看法和建议.     

液氮应用于干热岩钻探的可行性探讨

干热岩是一种清洁、可再生的地热资源,其开发需通过钻井实现。分析了目前干热岩常规钻探技术面临机械钻速慢、井下工具和钻井液性能不稳定、易发生复杂井下事故等挑战,讨论了液氮在干热岩钻探中的应用前景。认为液氮在干热岩钻探过程中具有破岩效率高、有效提高干热岩热能提取效果、解决钻井液不耐高温和井漏问题等优势,并提出了液氮在干热岩钻探过程中的工具耐低温性能、液氮携岩规律和效果、井筒压力控制、钻进参数优化、井壁稳定性等关键技术问题。     

河北省乐亭-昌黎一带存在干热岩可能性探讨

干热岩型地热资源作为一种清洁可再生能源,以其分布的普遍性和高热储温度而更具开发潜力与前景。按照成因机制和赋存条件可分为高放射性产热型、沉积盆地型、近代火山型和强烈构造活动带型四种类型。唐秦地区乐亭-昌黎一带隶属于我国所划分的干热岩开发有利靶区即华北（渤海湾盆地）,本文重点论述了区域地热地质背景,地球物理等特征,综合分析认为乐亭-昌黎一带具有较好的寻求沉积盆地型干热岩资源的潜力。     

地热储层单裂隙岩体渗流传热数值模拟研究

研究地热储层裂隙岩体中的渗流传热过程对干热岩地热资源的开采具有重要的意义。本文以干热岩地热工程为背景,采用COMSOL Multiphysics数值模拟软件对地热储层单裂隙岩体中渗流传热机理进行了研究,并分析了流体注入速度和温度对岩体温度场的影响及其对干热岩地热工程的影响。研究发现流体参数对岩体温度场的影响主要体现在2个方面:一方面是对岩体温度场受扰动区域以及幅度的影响,另一方面是对岩体温度场达到稳态所需要时间的影响。流体注入速度的提升会降低系统的寿命和寿命期的出口法向总热量值,当考虑出口法向总热通量时,存在最佳流体注入速度,本研究中最佳流体注入速度为0.011 m/s。流体注入温度的提升会增加系统的寿命和系统的出口法向总热通量和总热量。研究为干热岩自热资源的开发与利用提供了理论依据,为工程运行参数的设计提供了参考依据。     

干热岩耐高温钻井液的研究进展与发展趋势

在如今传统能源储量日益减少的趋势下,干热岩这类新型地热资源的开发显得尤为重要,而干热岩钻井由于其井下的超高温环境,对传统钻井液系统提出了非常严格的要求。传统钻井液在高温作用下滤失量大大增加,钻井液开始增稠,普通的辅助添加剂往往不能发挥出功效。常用的以“三磺材料”为核心的钻井液虽然具有令人满意的耐温效果,但因其含有大量有毒物质,污染程度十分严重,需要开发新的环保型耐高温钻井液体系。国外干热岩项目早于国内30余年,拥有很多重要的耐高温钻井液经验与技术;作为刚起步的国内干热岩研究,也有着青海“共和盆地恰不恰干热岩”这样十分重要的项目工程。本文首先介绍了当前干热岩钻井概况以及对钻井液的性能要求,并结合国内外学者对耐高温钻井液与环保钻井液的研究进展,了解其配方组分与设计思路,结合干热岩特点探讨干热岩耐高温钻井液发展趋势,旨在为干热岩钻井液技术研究提供支持。     

螺杆钻进工艺在青海共和干热岩GR1 钻井中的应用

为了提高干热岩钻井效率和减少井内事故,在青海共和盆地干热岩GR1井进行了螺杆钻进工艺的应用。根据现场高温井况下螺杆钻具的工作特性,改进优选了螺杆钻具的耐高温橡胶和转子定子的配合间隙,并在深孔高温(孔深3705 m,孔底温度236℃)中首次成功尝试,为进一步改进螺杆钻具在高温井况下的应用提供了经验。     

流热耦合作用下组合岩体等效导热系数研究

针对存在裂隙和流体的组合岩体,采用理论分析、数值计算和实验研究相结合的方法,基于传热学和热动力学的基本原理,综合考虑不同性质岩石的传热和裂隙流体的对流换热,建立了流热耦合条件下组合岩体等效导热系数的计算模型;采用有限元数值模拟方法,随机模拟岩石的孔隙结构,建立了孔隙分别被空气和水充填时,岩石等效导热系数的统一经验方程;通过对裂隙流体与岩体对流换热系数的实验测试,给出了对流换热系数随与流速和温差的关系;综合分析了裂隙和流体对组合岩体导热性的作用,在低流速和小温差条件下,对流换热阻较小,裂隙宽度和流体导热性对岩体导热系数的影响较大;在高流速和大温差条件下,对流换热阻逐渐超过裂隙流体的热阻,组合岩体导热系数明显增大。     

基于Morris法的单裂隙岩体温度场参数灵敏度分析

通过数值模拟(3DEC)的方法,建立深部单裂隙岩体水流-传热模型,再结合Morris全局敏感性分析法,通过一次只改变一个参数的取值方法轮流计算各参数的"基本影响",并计算它们的均值μ和方差σ,根据μ和σ的大小判断各参数对模型温度值输出影响情况,并分析μ和σ的时空变化规律。结果表明:裂隙开度(b)、水岩热交换系数(h)、岩体热传导率(K~T)、岩体比热容(C_s)、流体比热容(C_f)对模型温度值的输出影响较大,且岩体热传导率(K~T)、岩体比热容(C_s)、裂隙开度(b)与其他参数产生较大的相互作用;μ和σ随着时间步的增加大致可以分为3个阶段,即快速增加阶段、缓慢增加阶段和稳定阶段;沿着裂隙流体流动方向与裂隙法向方向,各参数的μ和σ呈现减小的趋势;岩体比热容(C_s)对温度值的影响是正作用关系,裂隙开度(b)、流体比热容(C_f)是负作用关系,水岩热交换系数(h)、流体速度(u)、岩体热传导率(K~T)根据位置不同,既有正作用关系,又有负作用关系。     

我国干热岩勘查的有关技术问题

干热岩作为一种可再生的新型能源,具有热能大、分布广、开发利用对环境影响小、不受季节等自然条件的影响等优势。而干热岩的勘查开发利用在我国还基本属于空白,因此对干热岩勘查关键技术开展研究有着非常现实的意义。在简述国内外对干热岩勘查开发利用研究现状的基础上,分析了干热岩开发利用的技术关键,并提出了主要的研究内容和需要做的工作。     

高温采煤工作面采空区热风数值模拟研究

矿井空调必须考虑由采空区热风引起的温度升高,采空区热风是由围岩散热和氧化放热等引起的,影响因素多,关系复杂。从研究采空区热源入手,对影响采空区热风的因素进行分析。利用质量守恒定律和达西定律,建立了采空区气体流动微分方程;利用传热学理论和能量守恒定律建立了采空区温度场方程,从泛函出发,用有限单元法进行分析,用VB语言编制了数值计算软件;结合具体情况,运用数值软件解算出在不同工作面阻力、原始岩温下采空区热风的运移规律,并对解算结果进行了分析。     

高能射流式液动锤在花岗岩中的钻进研究

由于干热岩地层通常为火成岩,研磨性强、可钻性差,现有常规工艺方法钻进效率低,为此专门研制了用于干热岩钻进用的SC-86H型高能射流式液动锤,并对该高能射流式液动锤样机进行了地面钻进试验。试验采用可钻性等级为10级的完整花岗岩作为钻进对象,观测了冲锤质量、活塞行程和泵量对机械钻速的影响。试验结果表明:增大冲锤质量、活塞行程和泵量有利于提高机械钻速。试验过程中获得的最大机械钻速为5.19m/h,较常规回转钻进机械钻速提升显著。     

热流体向围岩传热过程的理论研究

热流体对围岩的传热可以近似地认为是一种以热传导为主要传热方式的稳定传热过程。根据Ｆｏｕｒｏｅｒ导热微分方程，在岩石热物理参数测试的基础上，可以进行传热学的各种计算，如：热流体及变质温度计算；地幔热流值计算和有关变质岩原岩恢复工作中的计算。