吉林大学学报(地球科学版) ›› 2026, Vol. 56 ›› Issue (1): 327-341.doi: 10.13278/j.cnki.jjuese.20250274

• 地质工程与环境工程 • 上一篇    下一篇

干热岩闭环地热系统井壁稳定及热能提取方法

陈晨1,2,3，李宏达1,2,3，姜升1,2,3，许振华1,2,3，侯星澜4，张山岭1,2,3，钟秀平1,2,3#br#   

  1. 1.吉林大学建设工程学院，长春 130026
    2.深部探测与成像全国重点实验室（吉林大学），长春 130026
    3.地热资源开发技术与装备教育部工程研究中心（吉林大学），长春 130026
    4.浙江大学电气工程学院，杭州 310027
  • 收稿日期:2025-10-16 出版日期:2026-01-26 发布日期:2026-02-09
  • 作者简介:陈晨（1965—）, 男, 教授, 博士生导师, 主要从事非常规能源钻采理论与技术的研究, E-mail: chenchen@jlu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金项目（42272364，41672361，41876218）

Wellbore Stability and Heat Extraction Methods of Closed-Loop Geothermal Systems in Hot Dry Rock

Chen Chen1, 2, 3, Li Hongda1, 2, 3, Jiang Sheng1, 2, 3, Xu Zhenhua1, 2, 3, Hou Xinglan4, Zhang Shanling1, 2, 3, Zhong Xiuping1, 2, 3#br#   

  1. 1. College of Construction Engineering, Jilin University, Changchun 130026, China
    2. National Key Laboratory of Deep Exploration and Imaging Technology (Jilin University), Changchun 130026, China
    3. Engineering Research Center of Geothermal Resources Development Technology and Equipment (Jilin University) , Ministry of Education, Changchun 130026, China
    4. College of Electrical Engineering, Zhejiang University, Hangzhou 310027, China
  • Received:2025-10-16 Online:2026-01-26 Published:2026-02-09
  • Supported by:
    the National Natural Science Foundation of China (42272364, 41672361, 41876218)

PDF (PC)

1

摘要： 为应对增强型地热系统在压裂刺激、诱发地震及地层渗流不确定性等方面的技术挑战，本研究探索了一种更具环境友好性和运行稳定性的替代开发路径——闭环地热系统（CLGS）。通过对比分析，明确了CLGS的技术优势。首先系统梳理了CLGS在长周期运行条件下的力学稳定性与高效采热模式研究进展，重点分析了不同注采参数对采热性能的影响，并对多种采热模式的热能提取效率进行了综合评估；进而探讨了井壁在热-流-固耦合作用下的稳定性影响机制。结果表明，对于CLGS：螺旋形井筒结构可显著提升长期换热能力，在50 a周期内平均每延米换热量提高23.73%；间歇采热模式能够显著提升热交换效率，平均产热率提高3.95 kW，累计发热量增加34.6%；此外，注入速率被证实对采热周期演化及井壁应力扰动过程具有关键调控作用。

关键词: 干热岩, 井壁稳定, 热能提取方法, 增强型地热系统, 闭环地热系统

Abstract: To address the technical challenges associated with enhanced geothermal systems, including hydraulic fracturing stimulation, induced seismicity, and uncertainties in reservoir permeability, this study explores an alternative development pathway with improved environmental compatibility and operational stability, namely the closed-loop geothermal system (CLGS). Through a comparative analysis, the technical advantages of CLGS are systematically clarified. First, the research progress on the mechanical stability and efficient heat extraction modes of CLGS under long-term operation is comprehensively reviewed. Particular emphasis is placed on analyzing the effects of different injection-production parameters on heat extraction performance, and the thermal energy extraction efficiency of various heat production modes is comparatively evaluated. Furthermore, the stability mechanisms of the wellbore under coupled thermo-fluid-solid processes are investigated. The results indicate that, for CLGS, a spiral wellbore configuration can significantly enhance long-term heat exchange capacity, with the average heat exchange per unit wellbore length increased by 23.73% over a 50 a operation period. Intermittent heat extraction markedly improves heat transfer efficiency, resulting in an average thermal output increase of 3.95 kW and a cumulative heat production enhancement of 34.6%. In addition, the injection rate is demonstrated to play a critical regulatory role in the evolution of the heat extraction cycle and the stress disturbance process of the wellbore.

Key words: hot dry rock, wellbore stability, thermal energy extraction methods, enhanced geothermal system, closed-loop geothermal system

中图分类号: 

  • P314
[1] 考佳玮, 杨康, 谭鹏, 陈作. 干热岩储层裂缝扩展及采热一体化数值模型[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(2): 575-586.
[2] 袁益龙, 唐佳伟, 李鹏, 何瑞敏, 郭强, 钟承昊. 热-力耦合作用下花岗岩粗糙裂隙渗透率演化规律[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2025, 55(1): 179-187.
[3] 冯波, 曹云龙, 齐晓飞 , 崔振鹏, 张兰新. 增强型地热系统开发热-水动力-力学（THM）耦合模拟：以河北马头营凸起区为例[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2023, 53(6): 1892-1906.
[4] 闫佰忠, 李瑶, 秦光雄, 于开宁, 吴云霞, 王亚楠. 基于遥感技术的贵德盆地多元信息干热岩靶区预测[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2023, 53(4): 1288-1300.
[5] 孙明行, 王瑞湖, 管彦武, 刘德民. 广西陆域干热型地热资源潜力估算[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2022, 52(4): 1302-.
[6] 段云星, 杨浩. 增强型地热系统采热性能影响因素分析[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2020, 50(4): 1161-1172.
[7] 康志强, 张起钻, 管彦武, 冯波, 袁金福, 孙明行, 刘德民, 王新宇, 杨志强, 陆济璞, 张勤军, 冯民豪. 广西合浦盆地干热岩资源成热条件及潜力评价[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2020, 50(4): 1151-1160.
[8] 周舟, 金衍, 曾义金, 张旭东, 周健, 汪文智, 孟翰. 青海共和盆地干热岩地热储层水力压裂物理模拟和裂缝起裂与扩展形态研究[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2019, 49(5): 1425-1430.
[9] 吴云霞, 吕凤军, 邢立新, 刘新星. 独山城地区多元信息干热岩预测模型[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2019, 49(3): 880-892.
[10] 樊冬艳, 孙海, 姚军, 李华锋, 严侠, 张凯, 张林. 增强型地热系统不同注采井网参数分析[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2019, 49(3): 797-806.
[11] 高科, 高红通, 谭现锋, 赵长亮, 李梦. 仿生异型齿钻头在干热岩钻探中的应用[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2018, 48(6): 1804-1809.
[12] 鲍新华, 张宇, 李野, 吴永东, 马丹, 周广慧. 松辽盆地增强型地热系统开发选区评价[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2017, 47(2): 564-572.
[13] 许天福, 袁益龙, 姜振蛟, 侯兆云, 冯波. 干热岩资源和增强型地热工程:国际经验和我国展望[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2016, 46(4): 1139-1152.
[14] 郭亮亮, 张延军, 许天福, 金显鹏. 大庆徐家围子不同储层改造的干热岩潜力评估[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2016, 46(2): 525-535.
[15] 李小林, 吴国禄, 雷玉德, 李重阳, 赵继昌, 白银国, 曾昭发, 赵振, 张珊珊, 赵爱军. 青海省贵德扎仓寺地热成因机理及开发利用建议[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2016, 46(1): 220-229.
Viewed
Full text


Abstract

Cited
  Shared   
  Discussed   
No Suggested Reading articles found!
版权所有 © 《吉林大学学报(地球科学版)》编辑部
地址：长春市西民主大街938号(130026)　电话：+86-431-88502374；13756165364　E-mail: xuebao1956@jlu.edu.cn
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发