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观点会有干热岩革命吗

发布时间:2019-08-23 19:19:20

近期,我国在青海省的共和盆地3705米处,钻获温度达到236℃以上的干热岩,实现了干热岩勘查的重大突破。干热岩作为一种清洁高效的地热资源,其开发和利用再次引起关注。 我国在利用浅层地热资源发电方面已走在了世界前列,但对深层干热岩的利用和开发进展缓慢。我国计划在2030年前后实现干热岩地热发电的商业化运营。那么,干热岩在我国能否像页岩油气一样,燃烧起一场干热岩革命?

处于起步和实验阶段

干热岩是指埋深3km~10km、温度150℃~650℃、没有水或蒸汽的热岩体。

我国干热岩资源丰富,经初步测算,埋深3km~10km范围内的干热岩资源折合标准煤860万亿吨,远高于美国570万亿吨标准煤的估算结果。按照利用其中2%测算,相当于全国能源消耗总量的4040倍。其中,深度位于3.5km~7.5km、温度介于150℃~250℃之间的干热岩资源折合标准煤215万亿吨。我国干热岩存储的热能约为已探明地热资源总量的30%,主要分布在3个区域:东北、华北和苏中的沉积盆地区;近代火山活动地区,包括吉林(,)、山东蓬莱、海南琼北、台湾基隆、黑龙江五大连池、云南腾冲、新疆南部和青藏高原西南部等;以及福建、广东、广西的高热流花岗岩地区。青藏高原南部地区的干热岩资源量约占我国大陆的1/5。

从利用情况来看,干热岩除了具有水热型地热资源的用途,如用于建筑物取暖、制冷等外,利用干热岩发电是目前世界上的主要利用方式。干热岩发电不仅具有零排放的优点,而且具有热发电连续性能好、不受季节制约、利用率高等优点。

从全球范围干热岩利用情况来看,欧美一些发达国家的干热岩资源利用仍处于起步实验阶段,远未达到商业利用的阶段。美国规划到2030年实现商业化应用,到2050年实现干热岩发电装机容量1亿千瓦。

我国对干热岩的开发利用研究目前也处于起步和探索阶段。中国地质调查局已在我国部分地区进行了干热岩地热资源调查。2012年,我国启动了“863计划”干热岩热能开发与综合利用关键技术研究项目,部分科研单位开展了初步的理论研究。2013年,我国制定了《全国干热岩勘查与开发示范实施方案》,计划于2030年前后实现干热岩地热发电的商业化运营。

多种因素制约开发

从技术层面看,我国在低温地热发电方面并不落后,但为何深层干热岩利用开发进展缓慢?笔者认为,主要有以下几个方面原因。

首先,相对于其他形式的,开发利用成本高是制约干热岩发展的根本因素。目前,在政府的补贴政策下,部分风能、太阳能、常规地热能等新能源企业已能实现持续运营。其次,干热岩开发和利用过程中需要大量的水,因此,只有同时具有丰富干热岩和水资源的地区才适合大规模开发利用干热岩。此外,干热岩钻完井技术在许多方面还有待完善和提高。从实际情况看,干热岩发电地面工程、机组与常规发电差别并不大,不同的是地下开发工程难度大,钻井与压裂改造、完井投资占总投资的1/2左右,因此钻完井技术的提高对于干热岩开发至关重要。

在钻井技术方面,干热岩井通常要在异常坚硬的结晶岩花岗岩、火成岩或变质岩中钻进,相比普通油气钻井对钻头的破岩能力要求更高;在干热岩定向井钻井时,所采用的导向工具、动力钻具、随钻井眼轨迹测量仪器和测井设备等电子仪器设备的抗高温性能有较高的要求。目前,国际上电子仪器的最高抗温能力达到205℃,国内为150℃。另外,钻井液抗高温性能也有待提高。目前国内水基、油基型钻井液抗高温能力通常在200℃以下,干热岩开发需要采用抗高温能力更强的泡沫钻井液。在固井技术方面,目前水泥浆体系抗高温极限为180℃左右,这对干热岩固井来说可能难以达到要求,固井水泥抗高温能力需进一步提高;受地层高温及回灌井冷却影响,金属套管热胀冷缩易发生变形破裂的问题也有待解决。与页岩油气压裂相比,干热岩压裂通常在更坚硬的地层中进行,对压裂技术的要求更高。还有,地面设备的温控技术也需要进一步提高,高难度技术的应用和新材料、新设备、新工具的应用也会大大提高干热岩的开发成本。

商业化开发尚需攻关聚力

干热岩与可燃冰等新兴资源一样,虽然具有资源丰富、低碳排放环保等方面优势,但我国研究利用干热岩起步较晚,也缺乏成熟的国际经验借鉴。尤其在当前低油价形势下,经济效益劣势明显,社会各方参与的积极性并不高。但随着技术进步,不排除未来会出现类似页岩油气革命的景象。我国干热岩的有效开发利用,不仅要解决诸多成本方面的问题和攻克技术上的多道难关,还需要社会各方共同努力。所以,实现我国干热岩商业化开发仍然有很长的路要走。

首先,政府应对干热岩开发利用给予更大支持。一是通过出台类似支持页岩油气、风能、太阳能发展的优惠政策,如在矿权使用、土地利用、设备采购、水资源利用、发电价格等方面给予一定优惠和补助;二是通过政府规划,积极推动干热岩综合利用示范区的建设,开展干热岩综合利用试验;三是出台政策,吸引社会力量参与到干热岩资源评价,进一步明确干热岩资源分布与赋存条件,圈定更经济的优先开发区;四是将干热岩开发利用项目列入国家重大专项规划中,如列入国家的重点研发计划“深地资源勘查开采”重大专项中,并推动高校、企业科研机构利用已有实验资源,建立干热岩国家实验室,为干热岩深化基础研究提供平台。

其次,社会力量尤其石油企业应积极参与干热岩的开发利用。我国石油企业应充分利用近两年来在页岩油气开发中积累的经验参与干热岩开发。通过不断提升勘探开发技术水平,推动干热岩的开发利用。包括加强基础理论研究,开展包括干热岩高温岩体破岩机理、高温作用下井眼系统稳定性机理、干热岩变形、破裂与裂隙延伸机理及热交换机理与效率模型等方面的研究;加强关键技术研究,如干热岩破岩技术,井眼轨迹控制技术,高温钻井液、水泥浆体系及套管热稳定性技术,干热岩压裂技术,高温测量仪器,地面钻井液冷却及防喷装备等方面的研究。此外,通过参股等方式与发电企业合作开发利用干热岩是石油企业参与干热岩开发的重要方式,这样可以充分发挥双方在勘探开发和发电领域的优势。

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