地热能源——从理论模型到勘探开发（第2版）

以人类的时间尺度来衡量，地热能是一种取之不尽用之不竭的热能和电能来源。在过去的几十年里，利用浅层低温地热能资源供暖和制冷已经取得了巨大的进展。来自深部储层的地热资源能贡献大量的基载能源。增强型地热系统技术几乎能应用在任何地方。然而，这种技术尚需要进一步改进和研究。本书旨在为读者提供一个关于利用地热能源的许多不同方面的一般性概述。我们期待这一令人着迷的能源在不久的将来能得到进一步快速发展。我们希望大家都能拥有可靠、安全和环保的热能和电力供应。我们希望通过本书为能源的可持续利用作出贡献。

译者简介 张大伟 国土资源部矿产资源储量评审中心主任，研究员。主要从事资源调查评价、资源管理、资源政策研究等。近十年来，重点主持了新一轮全国油气资源评价、全国油气资源战略选区调查与评价、全球油气地质综合研究与区域优选等国家油气重大专项。长期关注和研究非常规油气资源。

1 地球的热结构…………………………………………………………………………1
1.1 可再生能源的全球概况………………………………………………………2
1.2 地球的内部结构………………………………………………………………2
1.3 地球能源的估算………………………………………………………………7
1.4 热传输和热参数………………………………………………………………10
1.5 测量热参数的方法简介………………………………………………………14
1.6 测量地下温度…………………………………………………………………15
2 地热能利用的历史…………………………………………………………………19
2.1 地热能的早期利用……………………………………………………………20
2.2 过去150 年中地热能利用的历史……………………………………………25
3 地热能源资源………………………………………………………………………31
3.1 能源……………………………………………………………………………32
3.2 可再生能源的意义……………………………………………………………34
3.3 地热能利用现状………………………………………………………………35
3.4 地热能源………………………………………………………………………384 
地热能源的利用……………………………………………………………………43
4.1 近地表地热系统………………………………………………………………45
4.2 深层地热系统…………………………………………………………………54
4.3 地热系统的效率………………………………………………………………67
4.4 主要地热田、高焓场…………………………………………………………70
4.5 展望与挑战……………………………………………………………………755 
地热能源利用的潜力和前景………………………………………………………79
6 地热探针……………………………………………………………………………83
6.1 规划原则………………………………………………………………………84
6.2 地源热交换器的建造…………………………………………………………84
6.3 地热探针的尺寸和设计………………………………………………………91
6.3.1 热泵……………………………………………………………………92
6.3.2 地源热泵系统设计的热力学参数和计算机程序……………………96
6.4 井下热交换器的钻探方法…………………………………………………103
6.4.1 旋转钻机……………………………………………………………107
6.4.2 潜孔锤法……………………………………………………………109
6.4.3 钻井技术风险………………………………………………………110
6.5 地热探针的回填和灌浆……………………………………………………114
6.6 深层地热探针的建造………………………………………………………118
6.7 运行地热探针潜在的风险、故障和损害……………………………………120
6.8 特殊系统和进一步发展……………………………………………………122
6.8.1 热探针场……………………………………………………………122
6.8.2 用地热探针制冷……………………………………………………125
6.8.3 太阳能热能-地热组合系统…………………………………………126
6.8.4 地热探针的性能和质量控制………………………………………129
6.8.5 热虹吸/热管：利用相变运行的地热探针……………………………1347 
地热井系统…………………………………………………………………………141
7.1 建造地热井系统……………………………………………………………143
7.2 双井系统的化学问题………………………………………………………145
7.3 热影响范围的数值模型……………………………………………………146
8 地热双筒热液系统…………………………………………………………………151
8.1 地下地质及构造结构的勘探………………………………………………152
8.2 目标含水层的热力和水力特性……………………………………………156
8.3 热双筒的水力和热力范围以及数值模型…………………………………1658.4 
深层热水的水化学特性……………………………………………………170
8.5 储层改造、提高效率和促产措施……………………………………………174
8.6 产量风险、勘探风险和经济效率……………………………………………176
8.7 水热系统的一些现场实例…………………………………………………183
8.8 热液发电系统的项目规划…………………………………………………191
8.9 含水层热能储存……………………………………………………………194
9 增强型地热系统、干热岩系统、深部采热…………………………………………201
9.1 技术、程序、战略、目标………………………………………………………203
9.2 水力压裂技术的发展历史——早期热干岩开发点………………………205
9.3 促产工艺……………………………………………………………………207
9.4 应对地震的经验和方法……………………………………………………213
9.5 建议、说明……………………………………………………………………214
10 高焓地区地热系统………………………………………………………………225
10.1 高焓区的地质特征…………………………………………………………226
10.2 电厂的开发、安装和初步调试……………………………………………232
10.3 高焓区发电厂的主要类型…………………………………………………236
10.3.1 干蒸汽发电站………………………………………………………236
10.3.2 闪蒸发电站…………………………………………………………238
10.4 出现的弊端，潜在的对策…………………………………………………242
10.5 在超临界值条件下利用储层液体…………………………………………24811 
与深层地热系统相关的环境问题………………………………………………257
11.1 与增强型地热系统项目相关的地震活动…………………………………259
11.1.1 诱发地震……………………………………………………………261
11.1.2 地震事件的量化……………………………………………………263
11.1.3 巴塞尔事件…………………………………………………………265
11.1.4 圣加仑事件（瑞士东部）……………………………………………268
11.1.5 观察到的增强型地热系统其他项目的地震活动…………………269
11.1.6 关于增强型地热和石化热系统项目地震控制的结论和建议……27311.2 
地热系统运行与地下地质体的相互作用…………………………………277
11.3 与地面装置和运行有关的环境问题………………………………………279
12 深层井筒的钻探技术……………………………………………………………287
13 地球物理方法勘探和解释………………………………………………………311
13.1 钻井前地球物理勘查，地震勘探…………………………………………312
13.2 地球物理测井和数据解释…………………………………………………319
14 钻孔地层的水力特性测试………………………………………………………327
14.1 钻井水力测试的原则………………………………………………………328
14.2 测试的类型、规划和实施、评估程序………………………………………337
14.3 示踪剂试验…………………………………………………………………343
14.4 温度评估方法………………………………………………………………347
15 深层地热水的化学成分及其对规划和运营地热发电厂的影响………………355
15.1 取样和实验室分析…………………………………………………………357
15.2 表征深层流体的化学参数…………………………………………………359
15.3 深层流体成分的图形表示…………………………………………………364
15.4 从深层流体的组成来估计储层温度………………………………………36715.4.1 
石英地温计…………………………………………………………368
15.4.2 钾-钠交换地温计…………………………………………………370
15.4.3 Mg-K地温计………………………………………………………372
15.4.4 其他阳离子地温计…………………………………………………374
15.4.5 吉根巴赫三元图……………………………………………………375
15.4.6 平衡温度的多重平衡模型…………………………………………377
15.5 流体的起源…………………………………………………………………378
15.6 饱和状态，饱和指数………………………………………………………379
15.7 矿物结垢和材料腐蚀………………………………………………………380