會有干熱巖革命嗎？

○ 文／張愛國

會有干熱巖革命嗎？

○ 文／張愛國

攻克成本、技術難關，匯聚各方力量，才能早日實現干熱巖發電商業化運營。

近期，我國在青海省的共和盆地3705米處，鉆獲溫度達到236℃以上的干熱巖，實現了干熱巖勘查的重大突破。干熱巖作為一種清潔高效的地熱資源，其開發和利用再次引起關注。

我國在利用淺層地熱資源發電方面已走在了世界前列，但對深層干熱巖的利用和開發進展緩慢。我國計劃在2030年前后實現干熱巖地熱發電的商業化運營。那么，干熱巖在我國能否像美國頁巖油氣一樣，燃燒起一場干熱巖革命？

●在節能減排和能源結構調整中，干熱巖極有可能成為新能源中的“黑馬”。

處于起步和實驗階段

干熱巖是指埋深3km～10km、溫度150℃～650℃、沒有水或蒸汽的熱巖體。

我國干熱巖資源豐富，經初步測算，埋深3km～10km范圍內的干熱巖資源折合標準煤860萬億噸，遠高于美國570萬億噸標準煤的估算結果。按照利用其中2%測算，相當于全國能源消耗總量的4040倍。其中，深度位于3.5km～7.5km、溫度介于150℃～250℃之間的干熱巖資源折合標準煤215萬億噸。我國干熱巖存儲的熱能約為已探明地熱資源總量的30%，主要分布在3個區域：東北、華北和蘇中的沉積盆地區；近代火山活動地區，包括吉林長白山、山東蓬萊、海南瓊北、臺灣基隆、黑龍江五大連池、云南騰沖、新疆南部和青藏高原西南部等；以及福建、廣東、廣西的高熱流花崗巖地區。青藏高原南部地區的干熱巖資源量約占我國大陸的1/5。

從利用情況來看，干熱巖除了具有水熱型地熱資源的用途，如用于建筑物取暖、制冷等外，利用干熱巖發電是目前世界上的主要利用方式。干熱巖發電不僅具有零排放的優點，而且具有熱發電連續性能好、不受季節制約、利用率高等優點。

從全球范圍干熱巖利用情況來看，歐美一些發達國家的干熱巖資源利用仍處于起步實驗階段，遠未達到商業利用的階段。美國規劃到2030年實現商業化應用，到2050年實現干熱巖發電裝機容量1億千瓦。

我國對干熱巖的開發利用研究目前也處于起步和探索階段。中國地質調查局已在我國部分地區進行了干熱巖地熱資源調查。2012年，我國啟動了“863計劃”干熱巖熱能開發與綜合利用關鍵技術研究項目，部分科研單位開展了初步的理論研究。2013年，我國制定了《全國干熱巖勘查與開發示范實施方案》，計劃于2030年前后實現干熱巖地熱發電的商業化運營。

多種因素制約開發

從技術層面看，我國在低溫地熱發電方面并不落后，但為何深層干熱巖利用開發進展緩慢？筆者認為，主要有以下幾個方面原因。

首先，相對于其他形式的新能源，開發利用成本高是制約干熱巖發展的根本因素。目前，在政府的補貼政策下，部分風能、太陽能、常規地熱能等新能源企業已能實現持續運營。其次，干熱巖開發和利用過程中需要大量的水，因此，只有同時具有豐富干熱巖和水資源的地區才適合大規模開發利用干熱巖。此外，干熱巖鉆完井技術在許多方面還有待完善和提高。從實際情況看，干熱巖發電地面工程、機組與常規發電差別并不大，不同的是地下開發工程難度大，鉆井與壓裂改造、完井投資占總投資的1/2左右，因此鉆完井技術的提高對于干熱巖開發至關重要。

在鉆井技術方面，干熱巖井通常要在異常堅硬的結晶巖花崗巖、火成巖或變質巖中鉆進，相比普通油氣鉆井對鉆頭的破巖能力要求更高；在干熱巖定向井鉆井時，所采用的導向工具、動力鉆具、隨鉆井眼軌跡測量儀器和測井設備等電子儀器設備的抗高溫性能有較高的要求。目前，國際上電子儀器的最高抗溫能力達到205℃，國內為150℃。另外，鉆井液抗高溫性能也有待提高。目前國內水基、油基型鉆井液抗高溫能力通常在200℃以下，干熱巖開發需要采用抗高溫能力更強的泡沫鉆井液。在固井技術方面，目前水泥漿體系抗高溫極限為180℃左右，這對干熱巖固井來說可能難以達到要求，固井水泥抗高溫能力需進一步提高；受地層高溫及回灌井冷卻影響，金屬套管熱脹冷縮易發生變形破裂的問題也有待解決。與頁巖油氣壓裂相比，干熱巖壓裂通常在更堅硬的地層中進行，對壓裂技術的要求更高。還有，地面設備的溫控技術也需要進一步提高，高難度技術的應用和新材料、新設備、新工具的應用也會大大提高干熱巖的開發成本。

商業化開發尚需攻關聚力

干熱巖與可燃冰等新興資源一樣，雖然具有資源豐富、低碳排放環保等方面優勢，但我國研究利用干熱巖起步較晚，也缺乏成熟的國際經驗借鑒。尤其在當前低油價形勢下，經濟效益劣勢明顯，社會各方參與的積極性并不高。但隨著技術進步，不排除未來會出現類似頁巖油氣革命的景象。我國干熱巖的有效開發利用，不僅要解決諸多成本方面的問題和攻克技術上的多道難關，還需要社會各方共同努力。所以，實現我國干熱巖商業化開發仍然有很長的路要走。

首先，政府應對干熱巖開發利用給予更大支持。一是通過出臺類似支持頁巖油氣、風能、太陽能發展的優惠政策，如在礦權使用、土地利用、設備采購、水資源利用、發電價格等方面給予一定優惠和補助；二是通過政府規劃，積極推動干熱巖綜合利用示范區的建設，開展干熱巖綜合利用試驗；三是出臺政策，吸引社會力量參與到干熱巖資源評價，進一步明確干熱巖資源分布與賦存條件，圈定更經濟的優先開發區；四是將干熱巖開發利用項目列入國家重大專項規劃中，如列入國家的重點研發計劃“深地資源勘查開采”重大專項中，并推動高校、石油企業科研機構利用已有實驗資源，建立干熱巖國家實驗室，為干熱巖深化基礎研究提供平臺。

其次，社會力量尤其石油企業應積極參與干熱巖的開發利用。我國石油企業應充分利用近兩年來在頁巖油氣開發中積累的經驗參與干熱巖開發。通過不斷提升勘探開發技術水平，推動干熱巖的開發利用。包括加強基礎理論研究，開展包括干熱巖高溫巖體破巖機理、高溫作用下井眼系統穩定性機理、干熱巖變形、破裂與裂隙延伸機理及熱交換機理與效率模型等方面的研究；加強關鍵技術研究，如干熱巖破巖技術，井眼軌跡控制技術，高溫鉆井液、水泥漿體系及套管熱穩定性技術，干熱巖壓裂技術，高溫測量儀器，地面鉆井液冷卻及防噴裝備等方面的研究。此外，通過參股等方式與發電企業合作開發利用干熱巖是石油企業參與干熱巖開發的重要方式，這樣可以充分發揮雙方在勘探開發和發電領域的優勢。

鄭 丹

znzhengdan@163.com