冰岛大学：一种利用超高温地热储层热量的新模式

一项新的研究提出了超热岩地热系统采热过程中渗透率增强和压力响应的模式。

标称韧性岩石增强型地热系统（NDR-EGS）经过1年和10年热提取和回灌后的压力响应

最近发表的一项研究提出了一种利用超高温地热储层热量的新模式。该模式基于一种类似EGS的方法，即将冷流体注入超高温储层，从而使通常具有韧性的岩石脆化并增加储层的整体渗透率。这篇题为“对韧性地壳中增强型地热系统潜力的水力约束” 的研究已经发表在《地热能》杂志上。作者是冰岛大学地球科学研究所的Samuel Scott、苏黎世联邦理工学院地球化学和岩石学研究所的Alina Yapparova、GFZ波茨坦德国地球科学研究中心的Philipp Weis和奎斯能源的联合创始人Matthew Houde。

奎斯能源公司的伊丽莎白·汤姆森就此详细探讨了新的研究和模式，提供了利用超高温地热资源的不同方法的见解。

“渗透云”

来自我们脚下数英里深处的超热岩的地热能源有可能成为能源转型的主要参与者。然而，获取和提取这种热量都需要资源和技术。现在，一个计算机模型首次描述了当岩石在那样的深度和温度下接触到液体时会发生的情况，并最终将岩石的热量传送至地表。

本质上，该模型显示了微裂缝的形成，在整个受影响的岩石中形成了致密的“渗透云”。这与目前使用的工程地热系统(EGS)所引起的更大更少的宏观裂缝形成了鲜明对比，后者更接近地表，温度更低。

奎斯能源公司地热资源开发副总裁特伦顿·克拉杜霍斯表示，使用该模型进行的模拟“证实了一个超热系统在长达20年的时间里，可以提供比目前EGS系统多5到10倍的电力。”5月21日，在北美地热转型峰会上，克拉杜霍斯描述了超高温岩石地热系统的模式和重要性。

超高温岩石能量

克拉杜霍斯关注于从地下深处提取热量相关的挑战上，那里的超热岩温度超过375摄氏度，渗透过这些区域的水将变为超临界的。这种类似蒸汽相携带的能量是普通热水的3-4倍，当通过管道输送到地表的涡轮机时，转化为电能的效率是普通热水的2-3倍。

根据2006年麻省理工学院牵头的一项名为“地热能源的未来”的美国地热能潜力研究，美国大陆地下3至10公里深处热岩中储存的地热能，仅提取2%就相当于美国每年主要能源消耗的约2000倍。

获取这种能量的一个关键问题是如何到达那里。油气行业使用的钻机并不能承受地下数英里的极端温度和压力，而那里正是地热能的主要资源所在。这就是为什么奎斯能源正在研究一种全新的利用毫米波能量钻探的方法，这种能量可以融化和蒸发岩石。

但是钻入超高温岩石只是第一个挑战。克拉杜霍斯说，提取热量同样是一个难题，至少与到达那里一样困难。世界各地的研究人员正在研究地热工程系统，主要是地下散热器或热交换器，就是为了解决这一难题。Eavor和Fervo Energy等公司正在开发并在该领域使用各种方法，但没有一种方法能在超过200摄氏度的温度下得到验证。

克拉杜霍斯说：“如果我们真的希望地热能成为能源转型的关键引领，就必须实现在超过375摄氏度的超高温环境下运行。但是很少有人知道当深层的超高温岩石暴露在高压下的冷水中时会发生什么。”

地热工程系统的不同概念

新的理解

克拉杜霍斯描述的在冰岛应用的先进的超热岩能源代表了一种开启地热能的全新概念，它重点关注在超高温、超深的条件下注入冷水会发生什么。“我们的想法是通过一个大的渗透性‘云团’连接钻井，而不是通过特定的、更大的裂缝。所以这更像是一种弥漫性连接，而不是定位连接。”这种模式基于我们对这些极端条件下地层变化的了解。在日本进行的试验也表明，在实验室的类似条件下会形成微裂纹。

下一步工作

克拉杜霍斯指出，冰岛大学地球科学研究所的斯科特及其同事正在继续完善模型，它将有助于指导未来实地测试超热岩。奎斯公司的目标是在未来一两年内在俄勒冈州中部的纽伯里火山这样的地方实现这一目标，那里的超高温条件可以在较浅的深度达到。目前这只是一个模型。我们不知道微裂缝导致的渗透率在现实中是否足以连接两口井。我们需要现场测试它和其他超热岩压裂的概念。最终，可能需要一种混合平面裂缝、天然裂缝和微裂缝的方法。”