《中深层地热能开发方案编制技术要求 井下换热》

ICSFORMTEXT点击此处添加ICS号FORMTEXT点击此处添加中国标准文献分类号FORMTEXT     DBFORMTEXT61DBFORMTEXTXX/FORMTEXTXXXXX—FORMTEXTXXXXFORMTEXT     FORMTEXT中深层地热能开发方案编制技术要求井下换热FORMTEXTTechnicalrequirementofpreparingmedium-deepgeothermaldevelopmentplanbythewayofdownholeheatexchangeFORMTEXT点击此处添加与国际标准一致性程度的标识FORMDROPDOWNFORMTEXT     FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX发布FORMTEXTXXXX-FORMTEXTXX-FORMTEXTXX实施FORMTEXT陕西省市场监督管理局   发布DBXX/XXXXX—XXXX范围本文件规定了中深层地热能井下换热开发方案编制的总体原则、内容、方法及其技术要求。本文件适用于中深层地热能井下换热开发方案的编制。规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。NB/T10097—2018地热能术语DB61/T1808—2024中深层地热能井下换热开发利用术语术语及定义下列术语和定义适用于本文件。中深层地热能medium-deepgeothermalenergy200m～4000m深度范围内的地热能。[来源：DB61/T1808—2024，3.1.2]地温梯度geothermalgradient地温随深度变化的速率。单位为℃/100m或℃/km。[来源：NB/T10097—2018，2.3.2]岩石热导率thermalconductivityofrocks岩石导热能力的量度，即在热传导方向上单位长度温度降低1℃时，在单位时间内通过单位面积的热量，一般用符号λ或K表示，单位为W/(m·K)。岩石热导率主要取决于岩石的矿物组成和结构特点、孔隙度、孔隙充填物及含水量、温度和压力等因素。[来源：NB/T10097—2018，2.3.3]井下换热downholeheatexchange载热介质在井管内循环吸收岩土体和流体中的热量至地面。[来源：DB61/T1808—2024，3.1.3]3.5载热介质heatcarriedmedium井下换热系统中的循环载热工质。[来源：DB61/T1808—2024，3.3.5]3.6换热井heatexchangegeothermalwell为井下换热方式开采地热资源而钻探的孔眼及其设施。3.7中深层井下换热系统medium-deepdownholeheatexchangesystem中深层井下换热装置与地面热交换设备连通形成的闭式管路系统。[来源：DB61/T1808—2024，3.3.2]3.8换热量heatexchangerpower单位时间内井下换热装置从地下岩土体及流体中获取的热量。单位为kW。[来源：DB61/T1808—2024，3.3.11]3.9换热试验heattransfertest利用测试设备对井下换热系统进行试验监测，记录循环载热介质进口温度、出口温度、流量及压力等参数，分析系统换热能力的试验。[来源：DB61/T1808—2024，3.3.12]3.10热影响半径thermalaffectedradius井下换热地热开发对岩土体地温影响在井管径向平面上的最大距离，单位为m。[来源：DB61/T1808—2024，3.3.14]3.11地热能井下换热开发方案geothermaldevelopmentplan地热能井下换热开发前期研究编制的开发方案，包括地热地质条件、资源量及换热量评估、开发方案及其效果预测、方案实施要求、地质环境保护等。目的和原则目的依据本文件编制开发方案的目的是明确地热地质特征，揭示井下换热开发规律，确定中深层地热能井下换热开发技术方案，为中深层地热能井下换热科学、高效、环保和可持续开发提供技术依据，为开发项目可行性研究报告和技术方案报告的编制提供参考。原则遵循国家有关法律、法规和政策，根据地热地质特征和井下换热开发规律，结合市场需求，优化开发设计，确保地热能安全高效开发。开发方案编制内容基本情况概述地理位置地理位置、海拔高度、经纬度坐标、平面坐标、所处行政区域（省、县级）等。应附目标区地理位置图。自然地理和自然环境概况与中深层地热能井下换热开发相关的自然地理、自然环境和社会环境，可能影响开发的灾难性自然条件等。社会条件所在地区的人文、社会、经济情况。地热地质条件地质构造、断裂构造特征、地层岩性特征、水文地质特征、热储发育情况和地温分布特征等。区域构造特征大地构造位置，区内构造断裂发育情况，主要边界断裂及大中型断层的分布、性质、产状、断距等。应附区域构造位置及断裂构造图。地层岩性特征地层时代、地层深度、岩性特征等。应附地层岩性柱状图或地层岩性分层表。水文地质特征地下含水层和隔水层埋藏与分布、地下含水层渗流特征。宜附水文地质剖面图或水文地质分层表。热储发育情况区域热储层发育情况，包括热储层位名称、埋深、厚度、岩性特征、储层物性特征等。大地热流背景大地热流特征。宜附区域大地热流背景图。地温特征描述地温分布特征。宜附垂向地温曲线图、平均地温梯度表和平面地温等值线图等。陕北和关中地区地温平面等值线图可参考DBJ61/T166—2020附录C，关中盆地各构造单元地温梯度值可参考DBJ61/T166—2020附录D。地层物性特征描述各地层层位物性参数，包括密度、热导率、热扩散系数等。碎屑岩地层采用岩心测试获取热物性参数时，数据应经过饱和水矫正，饱和水矫正计算方法见如下公式：式中，Km、Kc分别为实测热导率和校正热导率；Kw为水热导率，0.600W/(m·K)；Ka为空气热导率，0.026W/(m·K)，φ为孔隙度。碎屑岩地层应描述密度、热导率、热扩散系数、孔隙度和渗透率。应附地层分层物性参数表。陕西地区地层热物性参数可参考DBJ61/T166—2020附录A。地热资源量计算区域地热资源量。宜先分层估算各地层地热资源量，再求和估算开发区地热资源量。宜采用体积法进行地热资源量估算，参数获取要求和计算方法参考GB/T11615—2010。开发方案开发原则充分考虑地热地质特征、地层热传导性能及地下水渗流特征；设置合理的井间距；采用合理的换热功率和运行模式，坚持可持续开发；充分借鉴同一区域或相似热背景区域以往井下换热的开发经验；坚持经济效益、社会效益和环境效益并重。开发有利区根据地热地质特征，优选区域内地温梯度大，岩层导热性能良好，渗流速度大，地面可施工条件良好的区域为有利开发区。单井换热量换热量计算方法和要求参考DBJ61/T166—2020。宜采用数值模拟方法开展不同井身结构及不同工况条件下的换热量计算。同轴套管换热井换热量数据可参考DBJ61/T166—2020附录B。单井热影响半径预测运行开发周期内的热影响半径。井下换热系统方案根据换热能力，结合场地和经济性，确定井下换热系统方案，包括井下换热装置、内部装置、载热介质，井口装置、载热介质及运行模式等。多种类型井下换热系统开发时，应确定每种类型的井下换热系统方案，并附每种类型井下换热系统的结构及换热原理示意图。换热井：换热井井身结构及钻完井要求（包括钻完井质量、钻井程序、对接质量，固井要求等）；井下换热装置：井下换热装置结构特征，材质及其它要求。常见同轴套管井下换热装置和U型对接井井下换热装置；内部装置：内部装置几何结构，安装位置，材质及保温要求等；载热介质：载热介质类型及相关要求；井口装置：井口装置结构，安装位置，材质及保温要求等。应附井口装置结构示意图；监测装置：监测装置名称、类型、结构、安装位置及方式等。运行模式：载热介质运行及间歇时间，运行流速，进出口流量、温度等；井位部署方案综合考虑资源量，单井换热量，热影响半径，可持续性，地面情况、环境影响、经济效益等因素，部署换热井数量及位置，确定监测井。应附井位部署图。实施方案确定开发实施批次、时间和规模的合理范围。应附开发实施计划表。效果预测预测方案开发期内的生产动态及可持续性，包括单井换热量变化情况和区域地热资源量变化情况。可采用数值模拟计算预测或参照同一区域或相似热背景区域以往井下换热的开发监测效果进行预测。风险分析论述推荐方案的主要开发风险，提出预防及解决方案。地质环境保护根据区域地质和水文特征，结合井下换热开发技术特点，分析可能影响地质和地下水环境的因素，提出解决方案。开发方案报告报告提纲a）基本情况概述；b）地热地质条件；c）资源量和换热量评估；d）开发方案；e）效果预测；f）风险分析；g）地质环境保护。附图附图包括但不限于：地理位置图；断裂构造图；地层岩性柱状图；水文地质剖面图；垂向地温曲线图；换热井井身结构图；井下换热系统结构及换热原理示意图；井位部署图；井口装置结构示意图。附表附表包括但不限于：地层分层热物性参数表；开发实施计划表。参 考 文 献[1]GB/T11615—2010地热资源地质勘查规范[2]NB/T10714—2021热储开发方案编制技术要求[3]DBJ61/T166—2020中深层地热地埋管供热系统应用技术规程《中深层地热能开发方案编制技术要求井下换热》（征求意见稿）编制说明地热能作为一种清洁可再生能源，具有储量大、分布广、开发利用技术成熟的特点，在推动能源结构调整、碳达峰碳中和战略中有着广阔的前景。近年来随着地热能在清洁供暖方面的重要作用日益凸显，涌现出一批地热能开发利用供热新技术。中深层地热能井下换热开发技术是以中深层地热井为载体，设置地下换热管道系统，并通过流动的载热介质与地热储层做热能交换，从而达到地热能开采的目的，也有学者称这一技术为中深层“无干扰采热”技术或“保水采热”技术。这一技术因不涉及排放和回灌问题，是目前公认最环保的地热能开发利用方式。陕西省中深层地热能井下换热开发利用走到了全国前列，涌现出一批企业致力于这一技术的推广和发展。地下能源的开发需要编制科学合理的开发方案，能源行业2021年发布《热储开发利用方案编制规程》（NB/T10714-2021）,该标准范围中明确强调只针对水热型开发领域，不涉及地热井下换热开发领域。中深层地热能井下换热开发技术起步晚，目前没有开发方案编制规程，阻碍行业规范化发展。本标准编制的目的是在掌握中深层地热能井下换热开发取热规律的前提下，明确适宜的开发方式与主体开发技术，确定最佳开发方案，为地热井下换热市场开发、产能建设、热能可持续开发，热储保护、生产运行管理提供技术依据，提高这一类型开发经济性，使得中深层地热能井下换热开发技术实现科学、可持续开发和经济高效利用。总之，本标准的编制立足陕西特色，标准编制内容为国内省内稀缺，且为企业迫切急需标准，旨在为地热能换热开发方案的编制提供规范指导，对编制的内容、方法及技术要求提供指导，改善目前开发方案粗狂，缺乏合理的依据，经济效益低下的现状，助推产业发展。一、工作概况2023年5月10日，陕西省市场监督管理局《关于下达2023年度陕西省地方标准制修订项目计划的通知》（陕市监函〔2023〕410号)，《中深层地热能开发方案编制技术要求井下换热》（项目编号：SDBXM265-2023）正式列入制定计划。本项目编制任务下达后，陕西省煤田地质集团有限公司积极落实文件精神，成立了标准编写组，编写组由陕西中煤新能源有限公司、陕西西咸新区沣西新城能源发展有限公司、西安交通大学建筑节能研究中心、西安煤科地热能开发有限公司、中煤西安设计工程有限责任公司、陕西工程勘察研究院有限公司等单位相关技术人员组成。2023年7月14日项目组召开了标准编写启动会，明确了各编写成员单位的职责分工、阶段工作、进度安排，划分了具体编写任务。标准编写组以立项申请标准草案材料为基础，充分调研了全省地热能开发利用技术类型、部分地热能开发企业和地热能相关科研院校的基础上开始标准起草。编写小组人员就标准内容进行了认真讨论，在听取相关部门和知名专家意见和建议的基础上起草的。项目负责人为陕西省煤田地质集团有限公司地热能工程研究中心副主任，地热地质高级工程师韩元红，全面负责标准结构建立，标准正文起草，技术内容分析等。标准编写组张廷会、韩永亮、赵智强、强聪望、周聪、王昆、罗炜等人作为标准编写组专家顾问，负责标准文件中技术指标及参数的确定，刘俊、蔡皖龙负责参数技术校核、薛宇泽负责编写“编制说明”、罗娜宁、刘博洋负责规范起草过程中与其他现行标准规范衔接的技术工作，周阳、王红霞负责规范格式校核。其他同志参与标准研讨分析、修改完善等。本规范制订是参考《管井技术规范》《地热资源地质勘查规范》《热储开发编制方案技术要求》《中深层地热能井下换热开发利用术语》《中深层地热地埋管供热系统应用技术规程》《地热钻探技术规程》等相关标准规范，结合陕西省中深层地热能井下换热供热工程现状、经验及开发利用中存在的问题，充分调研、征询意见、综合分析研究，通过咨询研讨等形式，经多次修改完善后编制而成的。编制工作始于2023年7月，在陕西省煤田地质集团有限公司的牵头，十余家单位参与下，通过充分调研、集中讨论、独立审阅、广泛征求意见、专家咨询等工作，于2023年6月完成标准征求意见稿。工作简要过程如下：（一）调研相关标准和相关国家、行业标准的应用、发展情况2023年7月～2023年12月，编制组结合陕西省多家起源单位以往完成的中深层地热能井下换热项目勘查、可研论证、设计、施工、开发、技术报告等工作经验，经过充分调研、分析，认为目前我省缺乏统一的中深层地热能井下换热开发利用术语规范。为全面推广井下换热型地热能开发利用技术市场应用，急需制定我省《地热能开发利用术语》。（二）编写标准工作组讨论稿2024年1月～2023年5月，根据调研情况制订工作路线，完成标准工作讨论稿的编写。标准起草组经过多次讨论，根据相关资料、工程实践经验和各方意见和建议，共同拟定了规范提纲，分工协作，于2024年5月完成了标准草案。随后按照《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》（GB/T1.1-2020）要求，对标准草案格式和书写进行了规范，最终形成工作组讨论稿。（三）编写标准征求意见稿初稿2023年7月26日，标准主导单位陕西省煤田地质集团有限公司组织省内资源勘查、地热开发、科研院所等方面的5位专家，召开了本标准工作组讨论稿审查会议，听取了编制组汇报后，各位专家发表了意见和修改建议。随后，起草组按照专家组意见进一步修改完善标准文本和编制说明，形成了标准征求意见稿初稿。二、标准编制原则和主要内容（一）标准编制原则本标准的格式、内容及描述方法参照了GB/T1.1-2020《标准化工作导则第1部分：标准的结构和编写》。本标准充分考虑标准目的和使用对象，充分依据地热能井下换热开发方案编制所需内容及技术需求，充分参考了《热储开发方案编制要求》、《中深层井下换热开发利用术语》、《中深层地热地埋管应用技术规程》、《中深层井下换热试验规程》等行业和陕西省地热能相关调查评价、开发、利用规范，规定了标准适用范围、内容与技术要求等。本标准依据以下原则编写：1、科学性原则《中深层地热能开发方案编制要求井下换热》的各项内容符合相关法律、法规，以及国家标准和相关行业标准；标准的各项内容体现了贯彻落实国家政策；标准规范的各项内容适用于地热能开利用工作中涉及到的规范表述。2、一致性原则遵守国家现行行业、地方有关法律、法规和方针政策规定，做好《中深层地热能开发方案编制要求井下换热》编制与现行相关标准之间的衔接和协调，充分研究和利用现有相关的规程规范、标准和技术表述，并结合国家、行业和地方已颁布实施的有关规程，处理好国家标准、行业标准与地方标准之间的关系，防止出现矛盾。3、实践性原则按照技术标准编制任务要求，针对我省地热能开发利用技术特点，确定标准中的术语定义表述，以目的明确、科学合理、普遍认同为出发点，有利于促进省内地热能开发利用用语规范有序。（二）主要内容本标准根据陕西省中深层地热能开发利用技术特点制定，适用于地热能有关标准的制定，技术文件的编制，专业手册、教材和书刊等的编写和翻译。本标准根据陕西省中深层地热能井下换热开发利用实际情况制定，范围适用于地热能井下换热有关标准的制定，技术文件的编制，专业手册、教材和书刊等的编写和翻译。本标准由正文6个章节组成，其中第一章规定了标准的适用范围；第二章为规范性应用文件；第三章为本标准相关的术语和定义；第四章为标准内容目标方案编制的目的和原则；第五章为方案编制的内容，包括基本概况、地热地质条件、资源量和换热量评估、开发方案、效果预测、风险分析和地质环境保护7条内容；第六章为方案报告，包括报告正文提纲及附图、附表；最后列出了参考文献。本标准在编写过程中，主导单位和参编单位在不同方面开展了相关实证研究工作。地热井施工工程实践我省在中深层地热能井下换热开发方面走在了全国的前列，陕西四季春清洁热原股份有限公司最早在省内开展同轴套管下井换热系统开发地热能进行建筑物的供热，陕西省煤田地质集团有限公司开展了全球首例中深层U型对接井下换热系统开发利用，陕西西咸新区沣西新城能源发展有限公司、西安煤科地热能开发有限公司等均开展了井下换热技术的探索应用。上述企业均参与了本标准的编制。地热地质特征本标准负责人承担了中国地质调查局西安地质调查研究中心项目《地热能无干扰清洁利用技术和应用示范》，项目以西安典型中深层同轴套管换热井和U型对接换热井系统实例为依托，开展了地热地质特征及其对换热性能的影响研究。项目研究过程中开展了对于多口井稳态状况下地温曲线的测量，对岩土热物性参数进行了详细的测试分析并经过饱和水矫正，同时借助先进的CFD模拟软件开展长期取热研究，得出区域地热地质特征是决定换热系统取热性能的关键因素。（二）井身结构为进一