地热能是通过地壳下的放射性衰变储存和产生的热能. 从人类的角度来看，这几乎是无限的，估计是3.15 × 1015 TW.H或相当于200亿年的能源消耗(based on 2022 rates). 地热能也是 温室气体(GHG)排放量极低它的表面占地面积非常小，一年365天，每天24小时都可以使用.
然而，17.5GWe of power 和 16.全球供热装机容量为5gwth，以地热能为代表 小于0.5% of our energy sources. 为什么到目前为止它的使用受到限制, more importantly, 如何将其释放出来，在能源结构中发挥更大的作用?
增强型地热系统的前景
到目前为止, 我们主要通过从地下提取高温水或蒸汽来利用地热. 这种活动需要非常特殊的地质环境, 水或蒸汽被困在哪里 骨折 下 盖层通常在岩浆活动区或构造板块边界. 只有少数地方具备有效利用地热发电的三个必要条件:
- 地层温度高达150摄氏度(302华氏度)或更高
- 大量的水、蒸汽或两者的存在
- 高渗透性地层，如裂缝(产生大量电力)，需要50,000 bbl/d or more).
温度可以更低，直接使用地下热量，如 district heating农业、水产养殖等. 事实上, 在巴黎盆地，深层沉积含水层已经被用来产生热量, 慕尼黑盆地, other places in Europe, 和中国.
增强型地热系统(EGS), on the other h和, 利用刺激创造一个巨大的储层或热交换器, 从而使我们能够在很长一段时间内(可能是无限的)从地下捕获热量. 所有这些都是在没有钻穿水或蒸汽储层的情况下实现的, 或者一个有足够渗透率的区域.
油气行业不能想当然地认为，它能够利用现有的技术组合来解决所有地热挑战.
因为岩石的导热系数很低, 换热表面积和体积必须非常大(在km²和km³数量级), 以维持多年的生产. 以达到相同的持续表现, 先进的地热系统要求钻探间隔要长得多. The Eavor-Loop™ 2.Eavor Technologies Inc .的标志.), 例如, 由2口井组成，每口井有12个分支，每口井的末端都有拦截，钻井长度超过80公里.
潜在的应用领域实际上是无限的, 主要是因为EGS只需要225-250摄氏度(437-482摄氏度)的温度. 美国能源效率办公室 & 可再生能源的GeoVision分析 评估EGS电位为4.在美国，已发现和未发现的热液资源为25twe和28gwe. 一个合理的外推到全球50twe对应于2.2022年电力和其他能源平均耗电量的5倍.
EGS的概念并不新鲜，为什么是现在呢?
1970年，对冰岛Mosfellssveit地区的一口井进行了热压和水力增产，首次尝试对低渗透资源进行人工增产. Three years later, 在Fenton Hill发现了多道裂缝，这些裂缝阻断了一口注入井和一口生产井, 新墨西哥. 请记住，这些研究项目可能资金不足, 几乎没有最先进的工具和技术.
它将地下知识应用于地下需求——完美契合.
快进到今天，你会看到人们对地热能源的兴趣重新燃起. 需要有弹性, 稳定的电力来源可以补充间歇性的太阳能和风能——随着世界对到2050年实现碳中和的关注——该行业即将迎来一个重大突破. 美国能源部已经优先考虑这一领域的研究，并资助了该项目 机会之井计划. 参与者中有 犹他州地热能研究前沿观测站(FORGE), 它不仅作为EGS研究基地，而且还与地热运营商合作，将低产量资产转化为EGS. 油气行业也在积极参与这些项目, 测试和改进其技术，以满足地热井和开发的独特需求. 毕竟，它将地下知识应用于地下需求——完美契合.
人们甚至可以将其与美国的页岩油气革命相提并论, 由2005年能源政策法案引发. 当时, 没有多少人相信以有竞争力的价格生产非常规资源的可能性, 然而今天, 平均生产价格约为每桶石油当量21美元，不到10年前的四分之一. In the same way, EGS应该受益于为实现具有竞争力的能源均等化成本铺平道路的激励措施. 除了, 由于地热是一种基本负荷(意味着它在100%的时间内提供稳定的电力来源), 它应该享受更高的售价带来的红利, no?
The hurdles to overcome
钻井 long laterals 分段压裂是增强型地热系统的关键, 但相关的成本是巨大的. 也就是说, 如果事情发展的方式和非常规油气一样, EGS将成为极具竞争力的能源.
非常规能源的发展对于EGS发挥其释放地球地下热量的潜力是必要的.
绝大多数EGS资源将是基岩(火成岩 岩石，如花岗岩)和一些 变质 岩石. 与之相比，一切都是极其艰难的 沉积 油气井中遇到的岩石. 目标区域通常也更加均匀(而不是分层)。, 热, 更深(承受更大的压应力), 因此断裂更少，或者可能更复杂.
In other words, 油气行业不能想当然地认为，它能够利用自己的产品组合和解决方案来应对所有这些挑战. We will also have to:
- 在非常坚硬的磨蚀性岩石中钻长水平井，具有高机械钻速(ROP)和钻头耐久性; 在理想的情况下, 我们将达到非常规油气井的ROP(105英尺/小时)和钻头寿命(整个水平段的单钻头). In 2012, 非常规油气藏的平均ROP为34英尺/小时, 与犹他FORGE公司最近使用聚晶金刚石紧凑型(PDC)切削齿获得的rop非常相似. 替代技术(如锤钻和颗粒喷射辅助钻井)已被证明是不成功的, 而随着新设计的发布，PDC钻头不断刷新自己的记录. 这很可能是为了增强热性能(抵抗摩擦产生的热量), cutting profiles, 这种技术的材料可以在坚硬的岩石中有效地钻孔.
- 保持底部钻具组合(底部钻具组合)和测井工具的温度在规范范围内; 良好的钻井维护效果 底部钻具组合 在低温(通常150摄氏度或302华氏度)已经实现在犹他FORGE由于绝缘 钻杆 和 泥 冷却. 使用直通位测井服务可以在测井时进行循环, 这也有助于将工具温度保持在其操作范围内. 最有可能的是，不需要额外的技术开发来应对这一挑战.
- 在注入井和生产井之间形成均匀的裂缝网络: 在资产生命周期(可能超过30年)内实现持续生产, 注入井与生产井之间的间距, 裂缝间距, 裂缝的表面积必须优化. 火成岩和变质岩的抗压强度要高得多, 天然裂缝的网络似乎会影响裂缝的扩展(如微震成像所示)。.
建立准确的压裂模型和天然裂缝图，以合理规划和优化每一项作业至关重要. 可能需要开发或改进技术，以便在与近地表地层声波对比高的地层中进行地震或微地震测绘. 支撑剂 在资产的整个生命周期内，使用或替代技术来保持裂缝的开放性，对于该概念的可行性也至关重要. 最后，最小化诱导 地震活动 在环境和公众认知方面，环保服务成功的关键是什么. - 采用一致性解决方案来平衡裂缝之间的产量; 组合经验 inflow control devices 还有注水阀 封隔器 继续增强对这些解决方案的信心. 将这些流量控制解决方案与适当的监控相结合(最有可能的是使用光纤来进行分布式温度和压力监测) 声 传感)可以确保数十年的成功运行. Dissolution of solids in 盐水 is a minimal risk in 基底岩石, 在这些人工建造的储层中没有不凝气体或其他污染物. 生产 需要长期监控吗, 但特殊的液体治疗可能对EGS没有必要, 从而最大限度地减少油藏的维护.”
仅这四个技术发展支柱就可以实现商业上可行的EGS. 我们是否应该进一步提升这些系统的价值, 然而, 以下方面值得研究:
- 关键矿物的联合生产或天然气的增产; particularly hydrogen，可以为产生的热量增加价值.
- 发电厂技术非常成熟, 但总体效率将在项目经济学中发挥重要作用. 我们应该研究那些使我们更接近卡诺效率的技术.
- 温度是影响功率输出的关键因素. 例如, 400摄氏度(752华氏度)的流体产生的电能是200摄氏度(392华氏度)时同等质量流体的10倍。. 因此，更深更热应该是最终目标. 以前生产这类资源的尝试都没有成果，主要是因为成本高 腐蚀性 而产盐水中的固含量或由于储层渗透率低所致. EGS技术可能是一种解决方案，在提高渗透率的同时限制溶解的固体和气体.
EGS似乎是最可行的解决方案来释放地球地下热量的巨大潜力. 为了实现这一目标，我们的行业需要在技术和实践方面经历类似的演变，就像非常规油气一样. 这种比较并非偶然. 如果在钻井和压裂性能方面取得同样显著的进步, 毫无疑问，EGS将会变成 这是一种极具竞争力的发电方式.
