浅析地热资源干热岩在我国的发展前景

肖世强

肖世强

山东省煤田地质局第四勘探队山东潍坊261200

摘要：随着地热资源利用领域的拓宽和社会需求的增加会给人们的生活带来越来越多的好处。地热能在低碳经济模式下，开发利用深层清洁地热资源，尤其是干热岩地热资源的开发利用早已成为许多发达国家正在积极研究的课题，而且干热岩地热资源的开发应用在全球也属于初级阶段，对于我国而言，干热岩地热资源的开发应用更处于理论研究阶段。这篇文章将从什么是干热岩，干热岩的工作原理以及我国干热岩的分布情况及研究情况等几个方面进行阐述。

关键词：干热岩；干热岩工作原理；干热岩分布

能源是人类生存和发展的重要物质基础，能源问题关系到一个国家的发展，关系到整个社会的工业技术发展，能源也是影响世界政局稳定的一个重要因素。但是随着世界经济的快速发展，不可再生能源的快速消耗，伴随而来的环境问题使我们意识到寻找一种安全、可靠、环保、可再生能源的重要性。因此，开发和利用新能源已迫在眉睫。

1、干热岩的介绍

干热岩地热资源，是指温度在200℃以上的岩体中蕴藏的地热资源，它可以通过开采，提取过热水蒸气，直接用于发电等．美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家们在1970年提出了用于商业用途的高温岩体地热资源，并起了一个专业的名称“hotdryrock”，中文直译为干热岩，其明确的科学和工程意义为：岩石是干的、无水的、致密的、不渗透的；另一层含义为岩石是热的，具有较高温度的．1984年，干热岩地热开发在美国成功后，“hotdryrocks”及其缩写HDR广泛出现在科技文献中。

2、干热岩的工作原理

干热岩的工作原理，简而言之就是钻一口深井可以达到地下结晶质岩层（大约为3000～5000m深），此处的岩石温度一般可以达到150～350℃；下一步是在深部热岩层中，通过在井下热岩层中进行射孔、爆炸、水力压裂、酸化等人工形成一个可以进行热交换的，即在干热岩体中形成具有高渗透性的裂缝体系，我们把它称作“换热构造”或称“人工热储；另一部分是打入一深井进入到之前形成的人工热储部位，通过水循环从此井中采出热水，从而再加利用；在地面上部可以对于产出的热水采用二元发电装置，不受地质条件及周围环境的约束。可以说它是无处不在的资源。任何一个地方，只要钻孔深度足够深，那么干热岩就可以得到开发利用。

高温岩体开发的两个关键技术问题是深部人工储留层的建造技术和高温岩体中的钻井技术．人工储留层建造是高温岩体地热开发最关键的步骤，它直接关系到高温岩体地热开发的成本和经济性．水压致裂法、爆炸法和热应力法是建造人工储留层的主要方法。

3、干热岩的研究现状与发展

在地表钻一些井通向干热岩层，然后将它们与岩石裂隙层连接起来，增强裂隙间的透水性，从而建立了热交换系统。热干岩型地热资源是蕴藏在热干岩体中的地热资源，储热岩体中不存在热水和蒸气。其温度可达到数百摄氏度，但是由于地表缺乏大气降水，或者因为其本身的透水能力太差，不能形成水热型地热资源，而岩体所蕴藏的大量热能目前还难以直接利用。

根据地温梯度值可将热干岩型地热资源分为：高级80℃/千米，中级50℃/千米，低级30℃/千米。形成热干岩型地热资源的主要条件是：①地表缺乏大气降水或有上覆隔水盖层；②?将热干岩体转化为水热型地热田，叫人工激发。人工激发方法很多，如高压水力破碎，化学爆炸破碎，甚至利用地下核爆炸，人为地使热干岩体产生透水裂隙，然后通过钻孔将地表水送入其中汽化，再通过另一钻孔引出蒸汽而后利用，这个过程就叫热干岩体激发。地球热能主要寓存于热干岩体之中。通过热干岩体激发形成的水热型地热田，称人工地热田。中国国土资源部地质调查局在青海共和盆地3705米深处，钻获236℃的高温干热岩体。这是我国首次钻获温度最高的干热岩体，实现了我国干热岩勘查的重大突破。这是一项全新的资源诞生了，比煤炭、石油高效几十倍！不影响环境，说白了就是把地球里面地热开发出来，永远可以利用。很快将结束由燃烧煤炭，石油来取得能源的方法。而且几乎是取之不尽，用之不竭。

4、干热岩在我国的应用

干热岩开发的前提是地质勘查，只有在详细查明干热岩赋存分布地质条件、科学评价资源量的基础上，才能实施科学有效的开发。干热岩主要开发方式是建立增强型地热系统，通过水力压裂等工程手段在地下深部高温、低渗透性干热岩体中形成人工地热储层，其开采工艺和设备主要包括注入井、生产井、人工热储层、地面发电设备等。液体通过注入井注入干热岩人工储层中，流经裂缝系统，吸收热量，形成高温流体，然后从生产井中抽出，用于发电。流体发电后再通过注入井回灌到人工热储层中，重新加热循环。整个过程绿色环保，不产生温室气体，不排放污染物，只有冷却系统排放出水蒸气。

干热岩是一种没有水或蒸汽的热岩体。很多专家认为，从理论上说，随着地球向深部的地热增温，任何地区达到一定深度都可以开发出干热岩，因此干热岩又被称为是无处不在的资源。但就现阶段来看，由于技术和手段等限制，干热岩资源专指埋深较浅、温度较高、有开发经济价值的热岩体。

地热能是无碳能源、清洁能源、连续能源、优质能源、可再生能源，是人类的好朋友，我们应该科学合理的开发利用，目前，我国对地热能的利用还处在初级阶段，面对当前的环境治理压力，地热能的利用有积极作用，有望迎来第二个春天；对围绕低耗能建筑如何促进生态城市的建设，从取暖末端、建筑的低耗能到地热能的利用，多层设计，最终达到节能减排的目的；围绕以地岩热供暖技术为核心的多能互补能源利用方案，满足生态城市的能源需。

5、干热岩施工注意事项

干热岩上部地层钻井与常规油气钻井没有区别，所不同的是进入干热岩后，地层面临高温与岩石可钻性差问题。目前PDC钻头以及涡轮钻具配金刚石钻头在该类地层提速并没有取得突破。目前牙轮钻头中金属密封钻头抗温性比普通钻头略高，可以适应该类地层钻进。定向钻进等需要采用井下动力钻具，国内耐高温螺杆钻具可以耐210℃高温，基本适应干热岩定向钻井的需求。更高温度下的钻进需要采用涡轮钻具，该类钻具可以没有橡胶密封件，因此理论上可以适应更高的地层温度。

压裂改造技术，压裂液的抗温能力也影响干热岩的压裂改造，但可以在压裂前用清水套管内压裂的方式冷却岩石，再进行正常的压裂即可以实现压裂。对于多级压裂来说，目前的封隔器也能适应250℃温度条件下的要求，可满足干热岩的压裂施工。

6、结语

（1）在世界各国的共同努力下，干热岩技术的研究程度已经逐步的得到了提高，主要从最初的通过深部结晶岩石中吸收传到热量来用于发电的假想变为了现实，与此同时，不仅此种技术在发展，将来还可能会有更多种有关干热岩地热能相关技术可以得到实现，不仅如此干热岩地热能会在将来成为各个地区供热的又一种方式；当然，目前干热岩应用于不同地质条件下的有效性的技术尤其试验还很缺乏，对干热岩的研究还很少。

（2）2012年进行的全国范围的地质勘察更加有助于对于干热岩地热能源的开发应用；而国际上有关干热岩技术正在向第二代过渡，同时作为世界上最大的发展中国家，应该与国外发达国家积极合作，利用其先进技术，做好基础技术研发工作，让干热岩地热能源技术在中国更加成熟，与技术得到进一步的推广与应用。

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