會(huì)有干熱巖革命嗎？

○ 文／張愛國

會(huì)有干熱巖革命嗎？

○ 文／張愛國

攻克成本、技術(shù)難關(guān)，匯聚各方力量，才能早日實(shí)現(xiàn)干熱巖發(fā)電商業(yè)化運(yùn)營。

近期，我國在青海省的共和盆地3705米處，鉆獲溫度達(dá)到236℃以上的干熱巖，實(shí)現(xiàn)了干熱巖勘查的重大突破。干熱巖作為一種清潔高效的地?zé)豳Y源，其開發(fā)和利用再次引起關(guān)注。

我國在利用淺層地?zé)豳Y源發(fā)電方面已走在了世界前列，但對(duì)深層干熱巖的利用和開發(fā)進(jìn)展緩慢。我國計(jì)劃在2030年前后實(shí)現(xiàn)干熱巖地?zé)岚l(fā)電的商業(yè)化運(yùn)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(jié)能減排和能源結(jié)構(gòu)調(diào)整中，干熱巖極有可能成為新能源中的“黑馬”。

處于起步和實(shí)驗(yàn)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(jīng)初步測算，埋深3km～10km范圍內(nèi)的干熱巖資源折合標(biāo)準(zhǔn)煤860萬億噸，遠(yuǎn)高于美國570萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的估算結(jié)果。按照利用其中2%測算，相當(dāng)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(biāo)準(zhǔn)煤215萬億噸。我國干熱巖存儲(chǔ)的熱能約為已探明地?zé)豳Y源總量的30%，主要分布在3個(gè)區(qū)域：東北、華北和蘇中的沉積盆地區(qū)；近代火山活動(dòng)地區(qū)，包括吉林長白山、山東蓬萊、海南瓊北、臺(tái)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(qū)。青藏高原南部地區(qū)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?zé)豳Y源的用途，如用于建筑物取暖、制冷等外，利用干熱巖發(fā)電是目前世界上的主要利用方式。干熱巖發(fā)電不僅具有零排放的優(yōu)點(diǎn)，而且具有熱發(fā)電連續(xù)性能好、不受季節(jié)制約、利用率高等優(yōu)點(diǎn)。

從全球范圍干熱巖利用情況來看，歐美一些發(fā)達(dá)國家的干熱巖資源利用仍處于起步實(shí)驗(yàn)階段，遠(yuǎn)未達(dá)到商業(yè)利用的階段。美國規(guī)劃到2030年實(shí)現(xiàn)商業(yè)化應(yīng)用，到2050年實(shí)現(xiàn)干熱巖發(fā)電裝機(jī)容量1億千瓦。

我國對(duì)干熱巖的開發(fā)利用研究目前也處于起步和探索階段。中國地質(zhì)調(diào)查局已在我國部分地區(qū)進(jìn)行了干熱巖地?zé)豳Y源調(diào)查。2012年，我國啟動(dòng)了“863計(jì)劃”干熱巖熱能開發(fā)與綜合利用關(guān)鍵技術(shù)研究項(xiàng)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(fā)示范實(shí)施方案》，計(jì)劃于2030年前后實(shí)現(xiàn)干熱巖地?zé)岚l(fā)電的商業(yè)化運(yùn)營。

多種因素制約開發(fā)

從技術(shù)層面看，我國在低溫地?zé)岚l(fā)電方面并不落后，但為何深層干熱巖利用開發(fā)進(jìn)展緩慢？筆者認(rèn)為，主要有以下幾個(gè)方面原因。

首先，相對(duì)于其他形式的新能源，開發(fā)利用成本高是制約干熱巖發(fā)展的根本因素。目前，在政府的補(bǔ)貼政策下，部分風(fēng)能、太陽能、常規(guī)地?zé)崮艿刃履茉雌髽I(yè)已能實(shí)現(xiàn)持續(xù)運(yùn)營。其次，干熱巖開發(fā)和利用過程中需要大量的水，因此，只有同時(shí)具有豐富干熱巖和水資源的地區(qū)才適合大規(guī)模開發(fā)利用干熱巖。此外，干熱巖鉆完井技術(shù)在許多方面還有待完善和提高。從實(shí)際情況看，干熱巖發(fā)電地面工程、機(jī)組與常規(guī)發(fā)電差別并不大，不同的是地下開發(fā)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(shù)的提高對(duì)于干熱巖開發(fā)至關(guān)重要。

在鉆井技術(shù)方面，干熱巖井通常要在異常堅(jiān)硬的結(jié)晶巖花崗巖、火成巖或變質(zhì)巖中鉆進(jìn)，相比普通油氣鉆井對(duì)鉆頭的破巖能力要求更高；在干熱巖定向井鉆井時(shí)，所采用的導(dǎo)向工具、動(dòng)力鉆具、隨鉆井眼軌跡測量儀器和測井設(shè)備等電子儀器設(shè)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(dá)到205℃，國內(nèi)為150℃。另外，鉆井液抗高溫性能也有待提高。目前國內(nèi)水基、油基型鉆井液抗高溫能力通常在200℃以下，干熱巖開發(fā)需要采用抗高溫能力更強(qiáng)的泡沫鉆井液。在固井技術(shù)方面，目前水泥漿體系抗高溫極限為180℃左右，這對(duì)干熱巖固井來說可能難以達(dá)到要求，固井水泥抗高溫能力需進(jìn)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(fā)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(jiān)硬的地層中進(jìn)行，對(duì)壓裂技術(shù)的要求更高。還有，地面設(shè)備的溫控技術(shù)也需要進(jìn)一步提高，高難度技術(shù)的應(yīng)用和新材料、新設(shè)備、新工具的應(yīng)用也會(huì)大大提高干熱巖的開發(fā)成本。

商業(yè)化開發(fā)尚需攻關(guān)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(huán)保等方面優(yōu)勢，但我國研究利用干熱巖起步較晚，也缺乏成熟的國際經(jīng)驗(yàn)借鑒。尤其在當(dāng)前低油價(jià)形勢下，經(jīng)濟(jì)效益劣勢明顯，社會(huì)各方參與的積極性并不高。但隨著技術(shù)進(jìn)步，不排除未來會(huì)出現(xiàn)類似頁巖油氣革命的景象。我國干熱巖的有效開發(fā)利用，不僅要解決諸多成本方面的問題和攻克技術(shù)上的多道難關(guān)，還需要社會(huì)各方共同努力。所以，實(shí)現(xiàn)我國干熱巖商業(yè)化開發(fā)仍然有很長的路要走。

首先，政府應(yīng)對(duì)干熱巖開發(fā)利用給予更大支持。一是通過出臺(tái)類似支持頁巖油氣、風(fēng)能、太陽能發(fā)展的優(yōu)惠政策，如在礦權(quán)使用、土地利用、設(shè)備采購、水資源利用、發(fā)電價(jià)格等方面給予一定優(yōu)惠和補(bǔ)助；二是通過政府規(guī)劃，積極推動(dòng)干熱巖綜合利用示范區(qū)的建設(shè)，開展干熱巖綜合利用試驗(yàn)；三是出臺(tái)政策，吸引社會(huì)力量參與到干熱巖資源評(píng)價(jià)，進(jìn)一步明確干熱巖資源分布與賦存條件，圈定更經(jīng)濟(jì)的優(yōu)先開發(fā)區(qū)；四是將干熱巖開發(fā)利用項(xiàng)目列入國家重大專項(xiàng)規(guī)劃中，如列入國家的重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“深地資源勘查開采”重大專項(xiàng)中，并推動(dòng)高校、石油企業(yè)科研機(jī)構(gòu)利用已有實(shí)驗(yàn)資源，建立干熱巖國家實(shí)驗(yàn)室，為干熱巖深化基礎(chǔ)研究提供平臺(tái)。

其次，社會(huì)力量尤其石油企業(yè)應(yīng)積極參與干熱巖的開發(fā)利用。我國石油企業(yè)應(yīng)充分利用近兩年來在頁巖油氣開發(fā)中積累的經(jīng)驗(yàn)參與干熱巖開發(fā)。通過不斷提升勘探開發(fā)技術(shù)水平，推動(dòng)干熱巖的開發(fā)利用。包括加強(qiáng)基礎(chǔ)理論研究，開展包括干熱巖高溫巖體破巖機(jī)理、高溫作用下井眼系統(tǒng)穩(wěn)定性機(jī)理、干熱巖變形、破裂與裂隙延伸機(jī)理及熱交換機(jī)理與效率模型等方面的研究；加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)研究，如干熱巖破巖技術(shù)，井眼軌跡控制技術(shù)，高溫鉆井液、水泥漿體系及套管熱穩(wěn)定性技術(shù)，干熱巖壓裂技術(shù)，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(fā)電企業(yè)合作開發(fā)利用干熱巖是石油企業(yè)參與干熱巖開發(fā)的重要方式，這樣可以充分發(fā)揮雙方在勘探開發(fā)和發(fā)電領(lǐng)域的優(yōu)勢。

鄭 丹

znzhengdan@163.com