翟海珍，苏 正，吴能友

（1. 中国科学院广州能源研究所，广州 510640；2. 中国科学院大学，北京 100049）

苏尔士增强型地热系统的开发经验及对我国地热开发的启示*

翟海珍1,2，苏 正1†，吴能友1

（1. 中国科学院广州能源研究所，广州 510640；2. 中国科学院大学，北京 100049）

增强型地热系统是采用人工形成地热储层的方法，从低渗透性岩体中经济地采出相当数量深层热能的人工地热系统。法国苏尔士（Soultz）地热项目已有 20多年开发研究历史，但前人尚未对开发过程中的关键问题进行深入探讨，对其成功经验也未进行系统总结归纳。本文通过回顾其发展历程，总结该项目在钻井、储层激发、水力循环测试和储层监测方面的成功经验，同时提炼出地热开发中遇到的储层建设和井下泵设备等方面的问题，并指出数值模拟在地热开发过程应用方面的启示。苏尔士地热项目开发吸取了其他早期地热田的经验和教训，成功地建造了商业规模的人工激发储层，产生了大量的科研成果和先进技术，对后续开发的地热项目有重要指导意义。

增强型地热系统（EGS）；苏尔士；储层激发

0 引 言

地热能源于熔融岩浆和放射性物质的衰变，是来自地球深处洁净的可再生能源，具有资源量巨大、受气候等自然条件影响小、零污染排放、资源利用率高、利用成本低等优点。通常把岩体温度高于150℃的资源称为高温地热资源，可用于发电。高温地热资源热储温度高，热流稳定性好，资源量巨大，占总地热能的90%以上，是地热资源的最主要存在形式。其中，全世界地壳10 km以内的高温岩体地热资源为（40～400） M quads（quads：夸特，1 quads≈ 0.348亿吨标准煤=1018J），是全世界化石能源的100～1 000倍[1]。因此，成功地开发高温岩体的地热资源才算真正打开了地球这个庞大的热库[1,2]。

为开发高温岩体蕴藏的地热资源，美国洛斯阿拉莫斯（Los Alamos）国家实验室的科学家们在干热岩（Hot Dry Rock）技术基础上提出了增强型/工程型地热系统（EGS-Enhanced/Engineered Geothermal Systems）的概念。增强型地热系统是采用人工建立地热储层的方法，从低渗透性岩体中经济地采出相当数量深层热能的人工地热系统。即通过注入井将工质注入人工建造的、张开的连通裂隙带，在地下实现循环，工质被高温岩体加热，通过生产井返回地面，形成闭式回路，工质采出的热能通过地上发电装置转变为电能。

苏尔士（Soultz）EGS项目已有20多年的研究开发历史，吸取了芬登山（Fenton Hill）、罗斯曼奴斯（Rosemanowes）、肘折（Hijiori）等地热项目的经验和教训，成功地造成了商业规模的人工激发储层，期间产生了大量的科研成果和先进技术[3-8]，对后续开发的地热项目有重要指导意义。本文通过回顾苏尔士项目的开发历程，介绍其在钻井与储层激发、水力循环测试、储层性能等方面的成功经验，提出并讨论了储层建设、井下泵设备等方面面临的问题，以及数值模拟应用方面得到的启示，为今后EGS科学研究和项目实施提供参考。

1 法国苏尔士增强型地热系统开发研究过程

苏尔士地热项目位于上莱茵河谷苏尔苏斯发（Soultz-sous-Forets）和库岑豪森（Kutzenhausen）之间，约在法国的阿尔萨斯（Alsace）斯特拉斯堡（Strasbourg）以北70 km，靠近上莱茵河地堑西缘。该地区以前是Pechelbron油田的现场，地下约1.5 km处（花岗岩基岩顶部）的地质情况清楚。在油田钻井时，发现明显的地热异常，上部1 km地层的地热梯度高达105℃/km，热流密度为176 MW/m2，于是将其选作试验基地。1992～1993年，在法国、德国CEC欧洲 HDR开发计划的共同支持下，在法国Soultz地区进行了高温岩体地热开发试验。1996年开始转为公共资金和企业联合资助[1,4,5]。

表1 苏尔士项目开发过程主要阶段[4-7]Table 1 Main phases of development process of the Soultz project[4-7]

苏尔士项目的研究与开发可分为三个阶段：预备阶段，钻井、勘探和储层建设阶段，电厂建设及后续的科技监测阶段（表1）[4-7]。

预备阶段主要完成了开发前的准备工作，1984～1987年间对苏尔士项目基地进行了文献搜集、地震调查再处理及解释和钻井准备工作。

钻井，勘探和储层建设阶段由三个连续阶段组成。首先1987～1988年，GPK1井钻至2 km（图1），井底温度140℃，1.4～2.0 km取芯失败。1991年，将旧油井EPS1加深至2.227 km，在0.930～2.227 km进行了连续取芯，为后续的岩石学、矿物学以及裂隙系统的研究提供了宝贵资料[3,4]。

1991～1998 年在地下 3.6 km 处建立GPK1/GPK2双井系统。1992年将GPK1井加深至3.6 km，井底温度为168℃。1995年钻成GPK2井，井底距GPK1约450 m，温度为168℃。1997年，在GPK1和GPK2井间进行了首次长期（4个月）循环测试，产出温度为 142℃，注入和产出流量稳定在25 L/s，完全没有流体损失。但地层水比例不断增加，产出流体密度由1.048 g/cm3最终升至1.063 g/cm3。

随后在1999～2007年间在地下5 km处建立三井系统，实现了三井循环[3-6]。1999年将GPK2井加深至5.08 km，储层温度升高至202℃，在4.5～5 km井段进行裸眼井激发。2001年钻GPK3井至5.1 km，与GPK2井底间距为600 m，随后在GPK2和GPK3两井间进行循环测试，测试表明两井连通良好，生产指数达0.35 L·s-1·bar-1。2003年在同一井场钻取GPK4井，深度为5.27 km，井底距GPK3约650 m。2004年对GPK4进行裸眼激发，随后在2005年在三井间进行了五个月的循环测试，循环测试结果显示储层有较强的不对称性，GPK4与GPK3间连通不良，随后对储层进行了整体化学激发[4,6]。

图1 Soultz地热井及上、下储层沿N-S垂直剖面分布图[3-7]Fig. 1 N-Svertical cross-section through the Soultz site showing the Soultz wells and the location of the upper and lower Reservoirs[3-7]

第三阶段的地面电厂建设始于2007年，安装了总功率容量为1.5 MWe发电机组。地热流体矿化度高，采用有机朗肯循环，热电转换选用低沸点的异丁烷作为有机工质，汽轮机转速为13 000 r/min，发电机采用异步方式，转速为1 500 r/min，机组输出功率为11 kW，发出电力并入当地20 kV电网。朗肯循环单元发电效率可达11.4%，系统产热量稳定，一至两口生产井即可满足系统循环发电[6-8]。随后安装测试了总轴泵（LSP-Line Shaft Pump）和电潜泵（ESP-Electro Submersible Pump），并进行了一系列电厂初步测试和井间循环测试。其间法国、德国及瑞士等国科技人员共同开展了苏尔士电厂开发过程中的储层性能、电厂技术和环境污染方面的监测工作[7,8]。

2 苏尔士增强型地热系统开发成功经验

苏尔士项目开发在芬登山、罗斯曼奴斯等地热项目之后进行，明显受益于前人的热干岩体/增强型地热系统项目所获得的经验。所以在苏尔士项目实施过程中在钻井、储层激发、水力循环测试和储层监测等方面均有许多成功之处，其储层性能良好，是可长期稳定运行的增强型地热系统[4]。

2.1 钻井

井孔既是流体进出储层的必经通道，又是进行后期储层激发的基础，因此钻井是深层地热开采的第一步，是 EGS系统运行的最基本要素。钻井涉及的关键问题包括井孔位置、井孔深度和井位配置等。井孔位置的选取需在对站点科学严谨的勘探，并对局部应力场、已有裂缝和岩体岩性等特征了解的基础上进行。并需保证井间储层的连通性，因此需对已钻取的井进行储层激发的基础上钻取下一口井。合理的钻井深度是在钻井技术水平和钻井成本允许的前提下，可达到的最高温度的岩体深度。井位配置会影响储层激发和水力连通效果以及地热能的开采效率。连通井孔需要最大限度贯穿水力激发的裂缝体系，以产生最大的流体换热空间。地热井的地面间距不宜过大，地下间距不宜过小，取600～1 000 m为宜[1,2,4,5]。

早期钻井先钻两口井，再通过激发造成储层连通两井，芬登山、罗斯曼努斯、肘折和雄胜（Ogachi）等地的地热项目中均采取这种钻井方法，但均未能成功地连通储层。苏尔士地热田的开发是在油田的基础上进行的，已经掌握了详细的地质和应力场资料，并吸取了早期地热田的钻井教训[1,2,4,5]，在工程实施时开创性地采取了钻井-激发-再钻井的方法。在1987年钻取GPK1井至2 km，1991年对1.4～2 km深度井段进行了高流量激发[3-5]；1992年，将GPK1井加深至3.6 km，随后对GPK1井再次进行水力激发。1995年在成功激发的裂隙带内选取最适宜位置钻取GPK2井，随后进行的储层激发和循环测试表明两井连通良好。随着钻井技术的提高，井孔深度也由3 km加深至5 km，井底温度升高至202℃。GPK2、GPK3和GPK4都是在同一平台上直接钻取的（图1），这种结构使得占地面积小，地面设施规模最小化，更便于地热电厂的运行与管理，实现高效的地面作业。井间垂向水平距离约600～700 m，水力连通性较好，保证了足够的储层体积和与流体进行热交换的面积[4,5]。

2.2 储层激发

深部花岗岩的储渗能力差，在完成钻井之后，需要对储层进行人工激发，构造高渗透性的裂隙体系。在高温岩体层温度确定的前提下，人工储层的空间范围是决定开发系统的出力和寿命的关键因素。因此，储层的激发和作业会直接影响系统的产热效率，并决定系统的经济效益。良好的地热储层热交换面积大，阻抗低，允许循环流体快速通过，并能对流体进行有效加热。苏尔士项目的储层激发以水压致裂为主，并辅助进行化学激发，成功建立了具有一定规模的人工储留层。

苏尔士项目所有的地热井都进行了水压致裂，并采用水泥固结的铝制膨胀封隔器，取得了良好的效果，注入/生产指数（即：稳态下单元井口压力对应的注入流率）均提高。其中，上储层（地下3 km处）的水力激发使 GPK1井注入/生产指数提高 15倍；对下储层（地下 5 km处）的激发，GPK2和GPK4井效果明显，激发后生产力指数均增大20倍；激发前GPK3的注入/生产指数已较高，激发后仍提高至激发前的1.5倍[3,6]。

化学激发酸化处理可以加强近井区域的裂隙结构，提高裂隙渗透率。苏尔士项目对GPK2、GPK3和GPK4三井进行了一系列的化学激发，由表2可见，激发后三井生产指数均提高。GPK2与 GPK3井之间连通性更好，在双井循环测试中，GPK2生产指数达到0.8 L·s-1·bar-1。GPK3的生产指数在化学激发后提高不多，主要是由于大规模高导性裂隙穿过裸眼井段减弱了化学激发作用。GPK4生产指数的大幅增长表明，用 RMA和螯合剂（NTA）进行的化学激发进一步改善了GPK3与GPK4井之间的水力连通性[3-6]。

水压致裂法是目前高温岩体人工储留层建造中常用的技术，对不同储层、不同井孔进行多次水力激发，并选用良好可靠的裸眼井段耐高温封隔器，可以建立较大规模的人工储留层。在此基础上，配合进行化学激发，可扩大储层换热面积，降低储层阻抗，并可减少高压流体激发造成微震事件的风险，达到商业开采要求。

表2 苏尔士三口5 km深井化学激发总结表[6]Table 2 Summary of the chemical stimulations performed in the three 5 km deep Soultz[6]

2.3 水力循环测试

水力循环测试在储层成功激发后进行，是开采地热资源的重要一步。通过水力循环测试可以了解储层内的工质流动状况以及储层性能，为长期地热开发利用的相关技术参数提供依据。水力循环测试过程中的注入水量的损耗情况，生产井的出水量、水温和水压是否稳定等，可反映储层的热流稳定性及储层的发展情况，直接影响高温岩体的地热开采效益。另外可通过水力循环测试的结果不断调整注采策略，提高电厂运行经济性，减少微震事件的发生。

苏尔士项目在完成储层激发后，在不同工况下进行了多次短期测试和长期测试。表3为2005年和2010年两次三井系统的水力循环测试数据对照表，对比发现生产井流速和示踪剂的回收率均有所增加，这是化学激发和长期循环水力激发共同作用的结果，表明人工储留层及其围岩体产生了二次甚至三次破裂，储层裂缝系统发生了扩展。示踪测试还表明，流循环中未发生短路循环。随着地热的提取，注水损失率仍保持在较低水平。另外微震事件的频率和震级都有所降低，表明储层的发展已较为充分，对周围居民的影响逐渐减弱。

图2所示为2010年对GPK1、GPK3（注入井）和GPK2（生产井）组成的三井系统进行了11个月的循环测试，共生产出5 × 105m3热流体。生产井流速为18 L/s，注水井压力和出水井压力几乎不变，产出井温度稳定在 164℃左右。测试结果表明深层储层热流稳定性好，开发潜力大。

通过调整水力循环测试策略，改变注入顺序，可提高系统的采收率，并减少诱发地震的频率和量级。2011年，采用增加GPK1井的回注速率，同时减小GPK3井的回注速率的回注策略，使回注压力降低，采出热流体流量达3 × 105m3，流速为24 L/s，温度为159℃。由于地热生产过程中裂隙网络的自清洁作用，储层阻抗大大降低，GPK2生产指数显著提高至（1.2～1.9）L·s-1·bar-1，表明GPK2生产井与深部热储层连通性良好[7,8,12]。对于注入井，GPK1注入指数大于2 L·s-1·bar-1，GPK3的注入指数基本维持稳定在0.4 L·s-1·bar-1，表明储层裂隙中没有化学沉淀产生。诱发型地震活动大大减少，少于5起。

表3 两次三井系统水力循环测试数据对照表[4,6,10-13]Table 3 Comparison of two hydraulic test in three-well systems[4,6,10-13]

图2 2010年循环测试中的流体产出温度、流量及压力变化曲线[9]Fig. 2 The changing curve of fluid production rate, temperature and back pressure during the circulation testing in 2010[9]

2.4 储层监测

在地热项目开发过程中，从钻井、储层激发、水力循环测试直至水力发电，均需对储层进行监测。钻井时需要通过地下储层分布情况确定适宜钻井靶位；储层激发过程中，需要实时监测储层裂隙发展情况以达到预期规模；水力循环测试时，由于流体-岩体间的相互作用，需要监测地下储层裂隙的变化和发展，以确定储层性能。通过不同储层监测技术可全面实时监测储层，确定储层裂隙规模、裂隙发展方向、储层透水性、水流阻抗及水损失率，评估储层性能。

应力状态可指导钻井和储层的激发，并预测裂隙的发展方向，是地热开采的重要参数。苏尔士项目采用水力压裂压力测量法测得地应力是深度的函数[14]。

为获取人工储留层的准确形态，水压致裂前布置了地震监测网络，共计布置了8个三分量地表微震仪，在井中布置了3个4分量加速度仪和2个水声器[4,14]，用以实时监测巨型压裂实施时的岩体破裂形态，确定地震波的位置和强度。随后还开发出了井筒内裂缝成像技术、超声井下电视、裂缝显微成像和井筒应力测试技术，且操作的温度上限提高，对了解应力状态，已有天然裂缝和流体流动通道均有重要作用。在储层激发（见图 3）和水力循环测试过程中不间断进行实时监测，记录下地震次数和震级，并在地面安装地震监测装置，评估地震对周围居民的影响。

水力循环测试时，进行了流体化学成分的监测，监测表明井口处与储层深部的流体的化学同位素组分相似，证明地下 5 km内的流体具有相同的沉积源，且经历了相同的流体-岩体间的相互作用过程[14]。同时采用示踪剂测试的方法，测得流体循环通道的宽度、渗透性及流循环水损失率[11]。在此基础上改进水力循环策略，提高地热能开采效率。

图3 水力激发微震影像（M ＞ 1）沿N-S剖面图[15]（a）2002年GPK2井水力激发微震影像图；（b）2004年GPK4井水力激发微震影像图Fig. 3 Seismic clouds of （M ＞ 1）events are plotted on nearlyN-Scross-section[15]. Microseismic image of (a) Hydraulic stimulation in the GPK2 well in 2002, (b) Hydraulic stimulation in the GPK4 well in 2004.

3 苏尔士增强型地热系统开发过程面临的问题及启示

苏尔士增强型地热系统虽然借鉴了其他地热项目的许多成功经验，但是在开发和运行过程中仍然遇到了许多问题，如天然裂隙影响储层，导致井间连通性差、储层不平衡；井下泵设备亟待改进；储层规模待扩大等。这些问题并不是每个地热田开发过程中都会遇到，但是针对目前遇到的问题开展研究，寻求解决办法，可为今后遇到此类问题时提供参考。此外，科研工作者还对苏尔士项目进行了多方面的数值模拟，我们可从中得到启示，在今后的地热开发项目中，模拟和现场试验并行，不断优化地热开采策略。

3.1 储层不平衡

声波图像显示GPK4井钻入的是一个反应出大量声波信号的无地震区块，事实上它并未在注入井与生产井间产生良好的连通，由表3可见，示踪剂测试和水力循环结果均表明储层响应不对称，GPK3井同GPK2井间的水力连通远比同GPK4井间的水力连通更加快速直接，该状况在水力激发和化学激发后仍没有明显改善[15]。表明该区块可能是一个传导性断裂带，它妨碍了压力的积累，阻碍了流体流动，限制了GPK4井与其他储层的连通。

花岗岩储层中普遍存在天然裂隙，天然裂隙优于任何人造裂缝，水力激发形成的人造裂隙和钻井形成的裂缝都会受天然裂缝体系控制。而天然裂隙对断层储层的发展影响比较复杂，可能形成大通道、阻碍流体流动、改变流体通道的设计、造成短路循环甚至将流体引出循环储层[4]。为充分高效开采储层中蕴藏的热能，需排除大规模的断裂带和断层的影响，加强储层以及储层与井之间的连通性。

3.2 井下泵设备

苏尔士项目的首个LSP在2008年5月安装在GPK2井地下350 m深处，随后进行了两个月的循环试验，流体流速为25 L/s，出水温度为155℃，比之前未安装LSP时产水率明显提高，但经过六周的地热生产后发现轴的润滑部分出现结垢，随后由于润滑情况变差导致轴折断。2012年的地热循环中，LSP由于轴上扭矩过高停止运转，导致轴严重损坏，影响地热电厂运行。

在高压下注入循环流体会消耗能量，使注入井到生产井的系统中较短的流通路径趋向于发展，长期循环可能导致流径短路。另外，高压注入还可能导致流体流入未通向生产井的那部分储层而损失掉。采用生产井进行泵抽会得到大流量下需要的大压力降，而不需要增大整个储层的压力，在高流量的生产条件下，还能够降低短路的风险。而生产井采用泵抽，与注入井采用中等压力注入相结合，循环流体会从整个激发了的裂缝岩体体积内被抽吸到生产井，使损失到远区的流体达到最少[4]，是较适宜的注采策略。针对苏尔士地区腐蚀性的地热条件，需要更新技术方案，选用适宜材料制造抗磨损及侵蚀的泵，实现长期可靠运行[15]。目前，安装深度不受限制的ESP已应用于苏尔士项目。

3.3 储层规模

增强型地热系统开发的经济技术指标是：水流速率大于 40 L/s、温度大于 180℃、储层阻抗小于0.2 MPa·L-1·s-1、水损耗率低于10%[2]。苏尔士项目生产井流体温度约160℃，产水速率最高可达25 L/s，上层储层阻抗为0.1 MPa·L-1·s-1[6]，深层储层GPK2井与GPK3井之间储层阻抗约为0.29 MPa·L-1·s-1[14]，水损耗率小于6%。虽然苏尔士地热系统水力循环状况较理想，操作也较灵活，但与增强型地热系统的经济技术指标相比，产出流体的温度未达到商业所需温度，产水速率也远小于指标要求，储层阻抗也比指标大。因此，要实现地热能经济高效的开采，获得商业性的成功，必须扩大储层规模。

扩大储层规模可采取增加生产井数量，加强储层激发强度的方法，以增大流体换热面积；并配合化学激发和水力循环的方法降低储层阻抗，提高储层裂隙导流能力；并通过采用井下泵设备，配合适当注采策略，在避免微震事件的基础上增加产水速率。针对苏尔士上层储层地热梯度高、储层阻抗小的地质特征，可适当提高浅层地热的开采力度。

3.4 数值模拟在地热开发过程应用方面的启示

数值模拟是地热战略利用细化和评估的最基本手段，可用于了解裂缝特性、自然状态和生产方案的评估以及储层管理。除现场试验外，许多研究者也针对苏尔士项目进行了不同方面的数值模拟研究，内容包括岩石圈构造和形变场特性[16]、储层激发过程中的水岩相互作用[17]、酸-岩相互作用[18]、微通道[19]及采用CO2作为工质[20]对采热过程的改善作用、THMC（Thermo-Hydro-Mechanical and Chemical）多场耦合模型[9,21,22]分析水热系统运行以及经济模型[23]对项目经济性研究。

研究表明，数值模拟需要与大型商业规模的储层进行长期试验结果相对比，以验证模拟是否能够预测储层的特性。根据钻井和储层的分布情况建立合理的数学模型，考虑到流动、热传输、压力以及水-岩相互作用情况对目标区域进行模拟，并与试验期间收集的资料相结合，可以用于预测增强型地热系统储层的性能。苏尔士地热项目可用于验证和改进数学模型，并参考数值模拟的结果优化生产方案、管理储层。

4 苏尔士项目对中国增强型地热的启示

中国地表热流与构造热活动显著相关，西南部受印度洋板块的挤压作用，东南部受菲律宾板块的挤压作用，东部受太平洋板块的挤压作用，地质活动强烈，地热梯度高，形成了资源丰富、类型多样的地热资源。总的热流趋势为：东部高、西部低，南部及西南部高、西北及北部低[1,24-26]。典型代表如：云南腾冲地区，是特提斯——喜马拉雅造山带的一部分，热流高，水热活动强烈，有众多的热泉、沸泉等[1,27]。热流极大值可达120.5 MW/m2，约为全球均值（61.6 MW/m2）的两倍。地下5 km深度以内平均地温梯度为8.02℃/hm，属高品位高温岩体地热资源，是地热研究的重点区域[28-30]；青藏高原中南部受岩石圈应力的影响，形成了丰富的地热异常带，特别是羊八井地区平均地热梯度可达 10℃/hm，实测区域背景热流达108 MW/m2[1,2,31-33]。

中国目前开采的地热资源是浅部水热型地热资源，但水热型地热资源量小，发电效率低，受季节影响大，而且由于过度开发已经造成严重的地质和环境破坏。相比之下，深部高温岩体地热资源量巨大，可进行长期稳定开发。增强型地热系统针对深部高温岩体地热，热电转化效率高，流体工质循环发电，对环境污染小，是地热开采发展的必然趋势。

我国最大的地热电站——西藏羊八井地热电站，开发迄今已逾30年，浅层热储热流体大量开采，生产井的井口参数显示其能量和质量都表现出明显下降，热田急剧萎缩，已趋枯竭，浅层资源已不能满足25.18 MW装机容量发电机组正常运行[32-34]。热储温度和压力也发生变化，热田附近出现了地面沉降等严重的开发效应[35]。大量地热水未得到科学回灌和处理，被直接排放，给生态环境造成影响。此外还存在严重的腐蚀、结垢等问题[36]。深部热储较浅部地热资源具有温度高、压力大、不结垢、流量稳定的优点。为了保证西藏地区主要是拉萨地区电力的正常供给，并减轻环境污染，羊八井地热田的深部热储开发与扩容势在必行。羊八井地区高温岩体是结构较为单一、均匀的酸性花岗岩，易于钻井和建造人工储层，已有多年的浅层热储开发经验，且该区地热发电成本远低于其它能源，是发展增强型地热系统的最佳区域[32-34,37-40]。

我国深层地热研究起步较晚，场地试验数据相对较少，尚未完全掌握EGS开发过程的钻井、储层激发和流体循环测试等技术，缺乏对EGS中温度场、流体场、力学场和化学场等多场耦合的基础理论研究[2]。苏尔士EGS的开发研究较为成熟，已用实践证明了深层地热开发的可行性，多年开发积累了丰富的场地试验数据，并在钻井、储层激发、流体循环测试和储层监测方面取得许多成功经验，泵等设备经不断改进工艺较为成熟，可用于指导我国增强型地热系统的开发。

5 结 论

增强型地热系统采用人工工程方法形成储层，从地壳深部低渗透的干热岩体中，经济地采出具有相当数量的热能。苏尔士增强型地热系统的开发成就在于：采取先钻井后激发再钻井的钻井策略，水压致裂与化学激发相结合的方法成功地建造了一定规模的储层；成功进行了多次水力循环测试，改善了储层性能，并实时对储层进行监测，实现了经济的地热开采。后续开发过程中应加强井间连通性，使储层平衡；针对苏尔士地质条件，改进井下泵等设备；扩大储层规模，经济高效开发地热能。此外，数值模拟研究需要与大规模储层的长期试验结果相对比，以验证模拟是否能够预测储层的特性，并指导地热电厂的运行。我国地热资源丰富，苏尔士项目可为我国增强型地热系统的开发提供参考。

[1] 赵阳升, 万志军, 康建荣. 高温岩体地热开发导论[M].北京: 科学出版社, 2004.

[2] 苏正, 吴能友, 曾玉超, 等. 增强型地热系统研究开发: 以美国新墨西哥州芬登山为例[J]. 地球物理学进展, 2012, 27(2): 771-779.

[3] 王晓星, 吴能友, 苏正, 等. 增强型地热系统的开发——以法国苏尔土地热田为例[J]. 热能动力工程, 2012, 27(6): 631-636.

[4] Tester J W, Anderson B, Batchelor A, et al. The future of geothermal energy: Impact of enhanced geothermal systems (EGS) on the United States in the 21st century[J]. Massachusetts Institute of Technology, 2006.

[5] Gérard A, Genter A, Kohl T, et al. The deep EGS (enhanced geothermal system) project at Soultz-sousforêts (Alsace, France)[J]. Geothermics, 2006, 35(5): 473-483.

[6] Genter A, Evans K, Cuenot N, et al. Contribution of the exploration of deep crystalline fractured reservoir of Soultz to the knowledge of enhanced geothermal systems (EGS)[J]. Comptes Rendus Geoscience, 2010, 342(7): 502-516.

[7] Genter A, Cuenot N, Goerke X, et al. Status of the Soultz geothermal project during exploitation between 2010 and 2012[C]//Proceedings 37th Workshop on Geothermal Reservoir Engineering, Stanford University, USA. 2012.

[8] Genter A, Cuenot N, Melchert B, et al. Main achievements from the multi-well EGS Soultz project during geothermal exploitation from 2010 and 2012[C]// Proceedings European Geothermal Energy Congress, EGC 2013. 2013.

[9] Bächler D, Kohl T. Coupled thermal–hydraulic–chemical modelling of enhanced geothermal systems[J]. Geophysical Journal International, 2005, 161(2): 533-548.

[10] Dorbath L, Cuenot N, Genter A, et al. Seismic response of the fractured and faulted granite of Soultz-sous-Forêts (France) to 5 km deep massive water injections[J]. Geophysical Journal International, 2009, 177(2): 653-675.

[11] Radilla G, Sausse J, Sanjuan B, et al. Interpreting tracer tests in the enhanced geothermal system (EGS) of Soultz-sous-Forêts using the equivalent stratified medium approach[J]. Geothermics, 2012, 44: 43-51.

[12] Ledésert B, Hebert R, Genter A, et al. Fractures, hydrothermal alterations and permeability in the Soultz Enhanced Geothermal System[J]. Comptes Rendus Geoscience, 2010, 342(7): 607-615.

[13] Genter A, Baumgaertner J, Cuenot N, et al. The EGS Soultz Case Study: Lessons learnt after two decades of geothermal researches[C]//Second European Geothermal Review. Geothermal Energy for Power Production. 2010.

[14] Baria R, Jung R, Tishner T, et al. Creation of an HDR reservoir at 5000 m depth at the European HDR project[C]//Proceedings, Thirty-First Workshop on Geothermal Reservoir Engineering. 2006.

[15] Genter A, Fritsch D, Cuenot N, et al. Overview of the current activities of the European EGS Soultz project: from exploration to electricity production[C]//Proceedings, Thirty-Fourth Workshop on Geothermal Reservoir Engineering. 2009.

[16] Cloetingh S, Van Wees J D, Ziegler P A, et al. Lithosphere tectonics and thermo-mechanical properties: An integrated modelling approach for Enhanced Geothermal Systems exploration in Europe[J]. Earth-Science Reviews, 2010, 102(3): 159-206.

[17] Fritz B, Jacquot E, Jacquemont B, et al. Geochemical modelling of fluid–rock interactions in the context of the Soultz-sous-Forêts geothermal system[J]. Comptes Rendus Geoscience, 2010, 342(7): 653-667.

[18] Portier S, Vuataz F D. Developing the ability to model acid-rock interactions and mineral dissolution during the RMA stimulation test performed at the Soultz-sous-Forêts EGS site, France[J]. Comptes Rendus Geoscience, 2010, 342(7): 668-675.

[19] Finsterle S, Zhang Y, Pan L, et al. Microhole arrays for improved heat mining from enhanced geothermal systems[J]. Geothermics, 2013, 47: 104-115.

[20] Pruess K. On production behavior of enhanced geothermal systems with CO2as working fluid[J]. Energy Conversion and Management, 2008, 49(6): 1446-1454.

[21] Gessner K, Kühn M, Rath V, et al. Coupled process models as a tool for analysing hydrothermal systems[J]. Surveys in geophysics, 2009, 30(3): 133-162.

[22] Bataillé A, Genthon P, Rabinowicz M, et al. Modeling the coupling between free and forced convection in a vertical permeable slot: Implications for the heat production of an Enhanced Geothermal System[J]. Geothermics, 2006, 35(5): 654-682.

[23] Heidinger P. Integral modeling and financial impact of the geothermal situation and power plant at Soultz-sous-Forêts[J]. Comptes Rendus Geoscience, 2010, 342(7): 626-635.

[24] 刘尚贤, 阳光玖, 黄晓波. 中国地热发电综述[J]. 四川电力技术, 1999, (5): 1-6.

[25] 何丽娟, 汪集暘. 沉积盆地热演化研究进展: 回顾与展望[J]. 地球物理学进展, 2007, 22(4): 1215-1219.

[26] 何丽娟, 胡圣标, 杨文采, 等. 中国大陆科学钻探主孔动态地温测量[J]. 地球物理学报, 2006, 49(3): 745-752.

[27] 上官志冠, 孙明良, 李恒忠. 云南腾冲地区现代地热流体活动类型[J]. 地震地质, 1999, 21(4): 436-442.

[28] 陈廷方. 云南腾冲火山岩岩石学特征[J]. 沉积与特提斯地质, 2003, 23(4): 56-61

[29] 刘虹, 张国平, 金志升, 等. 云南腾冲地区地热流体的地球化学特征[J]. 矿物学报, 2009, 29(4): 496-501.

[30] 徐青, 李翠华, 汪缉安, 等. 云南地热资源——以腾冲地区为重点进行解剖[J]. 地质地球化学, 1997, (4): 77-84.

[31] 刘志江, 蒋祥军, 吴方之. 西藏羊八井地热发电技术的发展[J]. 动力工程, 1989, (2): 57-59.

[32] 周大吉. 西藏羊八井地热发电站的运行、问题及对策[J]. 电力建设, 2003, 24(10): 1-9.

[33] 徐纪人, 赵志新, 石川有三. 青藏高原中南部岩石圈扩张应力场与羊八井地热异常形成机制[J]. 地球物理学报, 2005, 48(4): 861-869.

[34] 多吉, 曾毅, 焦兴义, 等. 西藏地热发电的回顾与思考[J]. 地热能, 2007, (6): 17-19.

[35] 刘连捷. 对西藏羊八井地热田深层地热资源的分析[J].西藏地质,1993, (1): 96-102.

[36] 魏晓阳, 郭清海, 袁建飞, 等. 高温地热流体来源氟在环境中的分布特征——以西藏羊八井热田为例[J]. 华东理工大学学报(自然科学版), 2009, 32(1): 38-44.

[37] 周安朝, 赵阳升, 郭进京, 等. 西藏羊八井地区高温岩体地热开采方案研究[J]. 岩石力学与工程学报, 2010, 29(2): 4089-4095.

[38] 王绍亭, 陈新民. 西藏地热资源及地热发电的现状与发展[J]. 中国电力, 1999, 32(10): 79-81.

[39] 谢鄂军. 西藏地热资源开发利用方案探讨[J]. 西藏科技, 2002, (3): 16-27.

[40] 苏正, 王晓星, 胡剑, 等. 我国增强型地热系统选址问题探讨[J]. 地球物理学进展, 2014, 29(1): 386-391.

Development Experiences of the Soultz Enhanced Geothermal Systems and Inspirations for Geothermal Development of China

ZHAI Hai-zhen1,2, SU Zheng1, WU Neng-you1
(1.Guangzhou Institute of Energy Conversion, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510640, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)

Enhanced geothermal systems (EGS) is artificial engineered reservoirs that is created to extract economical amounts of heat from deep located hot dry rock of low permeability and/or porosity. The Soultz EGS project has been exploited for 20 years and is still going on. But during this process neither critical issue about the project was intensively investigated, nor was the success of the project systematically summarized. This paper reviews the history of the project, and summarizes the successful experiences in drilling, reservoir stimulation, hydraulic test, and reservoir monitoring. The reservoir construction and downhole pump problems faced in geothermal development are therefore extracted at the same time. And then some enlightenments are gained from the application of numerical simulations on geothermal energy exploitation. The Soultz project learned lessons from other earlier geothermal fields, successfully created the artificial reservoir of business scale, and meanwhile produced a large number of scientific research achievements and advanced technologies. The Soultz geothermal project has great significance on guiding the later geothermal researches.

enhanced geothermal systems (EGS); Soultz; reservoir stimulation

TK521；TK529；P314

A

10.3969/j.issn.2095-560X.2014.04.008

2095-560X（2014）04-0286-09

翟海珍（1990-），女，博士研究生，主要从事增强型地热系统研究。

2014-05-14

：2014-06-25

国家863计划（2012AA052802）；中科院广州能源所所长基金培育项目（y107a41001）

† 通信作者：苏 正，E-mail：suzheng@ms.giec.ac.cn

苏 正（1980-），男，博士，研究员，硕士生导师，主要从事天然气水合物成藏机制和开采潜力评价、海洋地质和地质流体动力学、深层地热资源和增强型地热系统（EGS）研究。