[摘要]：北京11月17日，第240場(chǎng)中國工程科技論壇2016中國地?zé)釃H論壇在北京開幕。國家地?zé)崮苤行奈瘑T會(huì)名譽(yù)主任王秉忱作題為《對(duì)我國開
北京11月17日，第240場(chǎng)中國工程科技論壇——2016·中國地?zé)釃H論壇在北京開幕。國家地?zé)崮苤行奈瘑T會(huì)名譽(yù)主任王秉忱作題為《對(duì)我國開展干熱巖勘察與增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)研究的基本認(rèn)識(shí)》的報(bào)告。王秉忱表示，干熱巖與增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)研究及工程應(yīng)用應(yīng)該成為我國今后地?zé)豳Y源研究和開發(fā)的主要方向之一，干熱巖地?zé)豳Y源的開發(fā)將極有可能為我國節(jié)能減排和新一輪能源結(jié)構(gòu)調(diào)整做出重大貢獻(xiàn)。
干熱巖地?zé)豳Y源是潛在的巨大的新能源資源
王秉忱認(rèn)為，干熱巖是一種沒有水，或者蒸汽，或者是含有少量的水或不能流動(dòng)的，普遍埋藏于距地表3-10公里的底層深處，很少存在孔隙或裂隙，滲透性激低，溫度范圍介于150到650度之間，主要是變質(zhì)巖或結(jié)晶巖類的高溫掩體。
目前我國在前層地?zé)崮艿拈_發(fā)利用方面已居世界前列而巨量的熱層則是儲(chǔ)存在干熱巖里，科學(xué)希望才能水利壓裂等工程手段在地下伸出的低滲透性干熱巖體中形成人工地?zé)醿?chǔ)層，從中長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)采取出相當(dāng)熱量的人工系統(tǒng)，即從干熱巖中開發(fā)出地?zé)崮艿墓こ蹋卜Q為增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)EGS。
據(jù)保守估算，地殼中干熱巖心中所蘊(yùn)含的能量相當(dāng)于全球所有石油、天然氣和煤炭總能量的30倍，中國地調(diào)局最新評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)顯示，中國大陸3-10公里深處干熱巖資源總量為2.5×10的25次方焦耳，合856萬億噸標(biāo)煤，若能開采出2%，就相當(dāng)于我國2010年全國一次性能耗總量32.5億噸標(biāo)煤的5300倍。中國科學(xué)院進(jìn)行了同樣的評(píng)價(jià)，結(jié)論是2.09×10的25次方焦耳，相當(dāng)于715萬億噸標(biāo)煤。如果能采出2%，則相當(dāng)于中國2010年能源消耗總量的4400倍。這兩方面的數(shù)字相近，已充分表明了我國干熱巖開發(fā)利用的前景。
王秉忱指出，利用增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)開發(fā)干熱巖地?zé)豳Y源具有光明的前景。干熱巖地?zé)豳Y源是一種潛在的巨大的新能源資源，應(yīng)該盡快加以利用。
國外干熱巖勘察與增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)研究的進(jìn)展和前景展望
王秉忱表示，增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)（EGS）的研究和開發(fā)在世界上已有40年的歷史，美國、英國、法國、日本、澳大利亞等發(fā)達(dá)國家是早期的研究主體，目前干熱巖的開發(fā)面臨諸多挑戰(zhàn)，如大體積、人工裂隙、熱儲(chǔ)的建造等等。因此，EGS實(shí)現(xiàn)商業(yè)化還需要大量的研究和技術(shù)開發(fā)工作。美國最早在1973年開始資助芬頓山的項(xiàng)目，隨后美國在加利福尼亞州開展了實(shí)驗(yàn)，英國、日本、法國、澳大利亞相繼開展了預(yù)研究和技術(shù)裝備研制，并建立了一批EGS開發(fā)的示范展地。
總的來說，過去的研究成果不盡如人意，阻滯了EGS商業(yè)化開發(fā)的進(jìn)程，面臨最大挑戰(zhàn)是未能建立起經(jīng)濟(jì)的人工熱儲(chǔ)建造。當(dāng)前常用的熱儲(chǔ)建造技術(shù)有水利壓裂、化學(xué)激發(fā)和熱激發(fā)以及這集中技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用。美國能源部最新EGS示范工程取得的成果表明，在現(xiàn)有水熱型地?zé)崽锏倪吘壗⑷嗽鞜醿?chǔ)并與天然熱儲(chǔ)取得聯(lián)通，可以增加其生產(chǎn)能力，這一技術(shù)路線可在短期內(nèi)相對(duì)取得低成本的經(jīng)濟(jì)效益。
作為奧巴馬政府全方位能源政策的一部分，美國能源部于2014年7月宣布為地?zé)崮苎芯康那把赜^測(cè)計(jì)劃FORGE的初始階段投入3100萬美元，以建立用于EGS前沿研究的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室。DOE還在同年8月宣布，為推動(dòng)美國地?zé)崮荛_發(fā)的32個(gè)項(xiàng)目投入1800萬美元。所選擇的項(xiàng)目集中在3個(gè)技術(shù)領(lǐng)域：發(fā)展EGS的地下分析和工程技術(shù)；應(yīng)用一個(gè)被稱為有利于成藏組合分析的成像方法來發(fā)現(xiàn)新的地?zé)豳Y源；加快研究可從中低溫地?zé)豳Y源中提取高附加值材料如鋰的技術(shù)。這些項(xiàng)目將降低地?zé)衢_發(fā)利用的成本和風(fēng)險(xiǎn)，加速地?zé)崮艿募夹g(shù)發(fā)展和經(jīng)濟(jì)部署。
國內(nèi)干熱巖勘察與增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)研究現(xiàn)狀及存在的主要技術(shù)問題
隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和技術(shù)創(chuàng)新，齊國目前已具備了干熱巖勘察和EGS開發(fā)研究的條件和能力。近年來，中國地質(zhì)調(diào)查局和中國科學(xué)院已經(jīng)把注意力轉(zhuǎn)向干熱巖資源的開發(fā)，中科院地質(zhì)與地球物理研究所的研究表明，我國干熱巖資源的有利靶區(qū)包括藏南地區(qū)、云南西部、東南沿海、浙、閩、粵、東北松遼盆地和長(zhǎng)白山地區(qū)、華北渤海灣盆地和鄂爾多斯盆地東南緣等地區(qū)。
2012年，國家高新技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃863計(jì)劃啟動(dòng)了干熱巖熱能開發(fā)與綜合利用關(guān)鍵技術(shù)研究項(xiàng)目，此項(xiàng)目取得了以下各方面的進(jìn)展和創(chuàng)新。
一是提出了干熱巖靶區(qū)定位系統(tǒng)，并檢驗(yàn)了地球物理探測(cè)基技術(shù)，提出了中國首部干熱巖靶區(qū)定位行業(yè)規(guī)程。該成果將對(duì)我國干熱巖資源的勘察和靶區(qū)選擇提供指導(dǎo)。
二是構(gòu)建了大尺寸高溫高壓干熱巖水力壓裂實(shí)驗(yàn)室模擬系統(tǒng)，模擬研究和實(shí)時(shí)監(jiān)控變溫過程的巖石力學(xué)參數(shù)、水力壓裂、裂隙倒流換熱的動(dòng)態(tài)演化過可為將來我國EGS示范場(chǎng)地建設(shè)壓裂方案時(shí)間提供理論和技術(shù)支撐。
三是形成了一套地層降溫壓裂工藝，研發(fā)了高溫（200℃）壓裂液和新型化學(xué)壓裂激化劑，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)壓裂條件，提出了不同排量、滲透率下的優(yōu)化壓裂方法。
四是構(gòu)建了熱儲(chǔ)改造效果驗(yàn)證評(píng)價(jià)技術(shù)體系。建立了基于示蹤技術(shù)確定裂隙連通性和導(dǎo)熱性的定量評(píng)價(jià)方法。
五是自主開了一系列EGS地?zé)醾鳠醾髻|(zhì)過程的三維全區(qū)域動(dòng)態(tài)模擬傳播，提出了大規(guī)模EGS多井布局的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，研究了運(yùn)行參數(shù)，包括工質(zhì)選擇熱的影響。
六是針對(duì)干熱巖地下流動(dòng)換熱過程存在的問題，建立了干熱巖地下熱—水—化—力數(shù)字模擬軟件系統(tǒng)，可為干熱巖開發(fā)利用提供模擬研究手段。
與此同時(shí)，國內(nèi)也開展了許多干熱巖資源勘察工作，2014天，過粗資源系統(tǒng)分別在青海、西藏四川、福建、廣東、湖南、松遼盆地、海南等高熱烈區(qū)域進(jìn)行了干熱巖資源地質(zhì)勘察。并在青海貴德和共和、山東利津，廣東惠州、四川康定等地相繼開展干熱巖初步鉆探，大部分進(jìn)尺在1000米左右，溫度在100到200度之間。
北京市地質(zhì)工程勘察院王卓卓等人指出，我國干熱巖主要發(fā)育在沉積盆地。我國干熱巖開發(fā)工作起步較晚，2014年，在青海共和盆地成功鉆獲溫度高達(dá)181度的干熱巖，這是我國首次發(fā)現(xiàn)大規(guī)模的可利用干熱巖資源。該井成井深度是3080米，具有埋藏淺、溫度高、分布范圍廣的特點(diǎn)，填補(bǔ)了我國一直沒有勘察發(fā)現(xiàn)干熱巖資源的空白。青海共和盆地鉆獲的干熱巖致密不透水，鉆孔控制的干熱巖面積達(dá)到150平方公里以上，熱能潛力巨大。
青藏高原地?zé)豳Y源豐富，水熱顯示點(diǎn)有600余處，從干熱巖地?zé)豳Y源區(qū)域分布看，青藏高原南部約占我國大陸地區(qū)干熱巖總資源量的1/5，資源量還是很大的。文章指出2015天5月，中國地調(diào)局水環(huán)中心在福建省漳州龍海市東泗鄉(xiāng)清泉林場(chǎng)實(shí)施的干熱巖科學(xué)鉆井的深度將達(dá)4公里，設(shè)計(jì)溫度170度。2015年該中心還在五大連池火山地區(qū)進(jìn)行干熱巖勘探。
王秉忱表示，干熱巖開發(fā)與增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)研究的主要技術(shù)難點(diǎn)在于鉆井技術(shù)難點(diǎn)的深入研究與解決。干熱巖鉆井的核心技術(shù)是提高鉆井液和井下工具的抗高溫性能，實(shí)現(xiàn)高壓高溫環(huán)境下的高效破巖和順利攜巖。在抗高溫鉆井液技術(shù)和耐高溫鉆頭和高效破巖輔助工具等方面能夠基本滿足干熱巖鉆井需求。
與國外先進(jìn)鉆井技術(shù)相比，我國干熱巖鉆井技術(shù)仍處于探索階段，目前應(yīng)結(jié)合我國具體實(shí)際情況開展干熱巖鉆井設(shè)備及工具整體技術(shù)方案研究，優(yōu)選地質(zhì)靶區(qū)，加快干熱巖鉆探、開發(fā)示范工程建設(shè)，盡快形成適應(yīng)我國干熱巖開發(fā)需求的鉆井配套技術(shù)方案。
此外，中國地質(zhì)大學(xué)王焰新和李德威教授發(fā)表在《地?zé)崮堋冯s志上的《干熱巖地?zé)崮苎芯颗c開發(fā)的若干重大問題》論文中指出，只要以大陸動(dòng)力學(xué)和地球系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)機(jī)器取熱減災(zāi)、減排創(chuàng)新思想為指導(dǎo)，高瞻遠(yuǎn)矚，科學(xué)論證和戰(zhàn)略部署我國的地?zé)崮荛_發(fā)規(guī)劃，充分發(fā)揮干熱巖地?zé)崮馨l(fā)電的綜合優(yōu)越性，以干熱巖開發(fā)為核心的地?zé)崮芫陀型趪夷茉唇Y(jié)構(gòu)中從目前的無足輕重上升到重要地位，我國就有望領(lǐng)先啟動(dòng)地學(xué)革命、科技革命、能源革命、產(chǎn)業(yè)革命的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。
因此，在王秉忱看來，干熱巖與增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)研究及工程應(yīng)用應(yīng)該成為我國今后地?zé)豳Y源研究和開發(fā)的主要方向之一，特別要關(guān)注下列各個(gè)領(lǐng)域。
一是資源評(píng)價(jià)和選址，地球物理勘探技術(shù)、高溫儲(chǔ)層測(cè)試、壓裂和儲(chǔ)層建造、微震、示蹤等監(jiān)測(cè)技術(shù)、流體流動(dòng)和儲(chǔ)層測(cè)試、儲(chǔ)層性能評(píng)價(jià)、室內(nèi)試驗(yàn)，確定水-巖-氣-熱作用機(jī)制等、模擬、示范項(xiàng)目。
二是需要制定國家層面的長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃，以指導(dǎo)我國對(duì)于干熱巖資源的評(píng)價(jià)、選區(qū)、開發(fā)和利用，針對(duì)EGS的研發(fā)工作和示范項(xiàng)目，可借鑒油氣行業(yè)的相關(guān)技術(shù)，如頁巖油氣開發(fā)中已廣泛應(yīng)用的水平鉆井技術(shù)和水力壓裂技術(shù)等等。通過統(tǒng)一規(guī)劃，如法規(guī)、政策和路線圖，多方聯(lián)動(dòng)，建立全國性的HDR/EGS研究、開發(fā)與示范項(xiàng)目，制定全國干熱巖資源勘察和開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，特別是政府的優(yōu)惠鼓勵(lì)政策是十分必要的。
由中石化領(lǐng)頭在編制地?zé)岙a(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，在干熱巖開發(fā)方面，中石化集團(tuán)通過鉆井、石油、天然氣有很多寶貴經(jīng)驗(yàn)，可以直接拿來應(yīng)用，實(shí)力很強(qiáng)。我對(duì)中石化集團(tuán)在這方面的工作寄予很大希望。
王秉忱表示，人類將面臨化石燃料用盡的危機(jī)時(shí)刻，人們正在尋找各種可替代化石燃料的能源，以維持人類的可持續(xù)發(fā)展。干熱巖地?zé)豳Y源作為清潔新能源，是大自然的恩賜，我們應(yīng)該充分重視其開發(fā)利用價(jià)值?？梢灶A(yù)見干熱巖地?zé)豳Y源的開發(fā)將極有可能為我國節(jié)能減排和新一輪能源結(jié)構(gòu)調(diào)整做出重大貢獻(xiàn)。
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