干热岩用耐高温钻井液关键技术及进展

干热岩（HDR）是一种可再生绿色清洁能源,其勘探开发具有埋藏深,地层破碎,压力异常,井温梯度高,孔底温度高（通常大于200 ℃）等特点,在钻井过程中易出现钻井液漏失量大,孔壁失稳掉块卡钻等问题。本文通过分析干热岩耐高温钻井液关键技术难点：处理剂及体系抗温问题、起泡问题、漏失、井壁失稳等问题。同时通过对国内外目前干热岩用耐高温钻井液体系进展及应用情况介绍,开展干热岩钻探耐高温钻井液技术发展方向研究,以期对推动我国干热岩资源勘探开发提供有效的技术支撑。     

液动潜孔锤用于干热岩钻进的优化与试验

我国目前能源结构对化石燃料依赖度过高,在全球能源转型的大环境下,作为一种新型清洁能源,干热岩具有储量巨大、资源丰富、分布广泛等优势。针对干热岩勘探开发中高温硬岩钻进的技术难点,对YZX178型液动潜孔锤进行了结构优化,并在某干热岩井中进行了试验应用。试验结果证实了YZX178型液动潜孔锤用于干热岩等坚硬地层进行冲击回转钻进的可行性和高效性,获得了与螺杆钻具接近的机械钻速,且具有节能环保、安全性高、维护方便、节约成本、高温适应性强等优势,但仍需进一步解决其工作寿命与牙轮钻头相匹配的问题。     

琼北干热岩勘探中大功率时频电磁法的应用

干热岩是一种极具竞争力的可再生能源，能量巨大、分布广泛、清洁低碳、热能稳定，是具有极佳开发前景的战略性接替能源。海南岛北部酸性侵入岩发育，具有花岗岩型干热岩资源成藏条件。电磁法是探测隐伏花岗岩体分布情况与评价干热岩发育前景的重要手段，但由于琼北地区电网、公路、铁路、工厂等人文电磁干扰严重，天然场源电磁法难以采集到高质量数据。大功率时频电磁法采用人工场源，与天然场源电磁法相比，抗电磁干扰能力强，深层分辨能力高。选择时频电磁法在琼北云龙凸起区域开展干热岩勘探工作，通过时频电磁剖面综合处理解释，明确了测区地层分布、断裂展布，重点落实了隐伏花岗岩体的空间分布，综合分析认为测区具备良好的干热岩勘探开发前景。     

GRY-1型超高温干热岩地层钻孔测斜仪研制及应用

干热岩地层钻孔测斜技术是干热岩勘探和开发不可缺少的关键技术,然而现阶段地勘钻孔测斜技术已不能满足干热岩地层的钻孔测斜要求。其中孔底的高温高压是核心问题。为此,设计承压探管加无磁保温瓶的双层外管结构,采用先进的硬磁校准方法、选用耐高温元件、采用低功耗电路设计,研制了GRY-1型干热岩地层钻孔测斜仪,以满足高达280 ℃高温、孔深3000 m的超高温干热岩地层钻孔轨迹测量的要求。通过试验应用,证明其在干热岩地层中具有良好的适用性,可助力干热岩资源的勘探和开发。     

试论我国干热岩地热资源开发战略

我国拥有潜力巨大的干热岩地热资源。干热岩作为一种新型的可再生的特殊地热资源,具有绿色、高效、安全的特点。目前,一些发达国家已进入到干热岩的实际开发利用阶段,并取得了很好的效果。我国已经开始了干热岩勘查,在青海共和盆地钻孔2 735m处测得168℃,但压裂试验尚未展开。文章从能源革命的需要,提出在可再生能源替代常规化石燃料能源的进程中应加快开发品质优良的干热岩资源,从资源潜力的角度论证了我国干热岩开发的可行性和必要性,并提出开发思路,即在充分了解发达国家干热岩研究开发现状的基础上,学习其成功的经验,尽快完成第一口试验井,使其尽早在我国能源革命中发挥重大作用。     

青海共和干热岩GR1井钻井工艺技术

本文介绍了青海共和县恰卜恰镇干热岩勘探孔GR1井的钻探施工概况以及采用的关键技术。通过对孕镶金刚石全面钻头技术、耐高温聚合物防塌钻井液技术、大直径螺杆复合钻进技术、底喷式聚晶取心钻头技术、壁钩式套铣打捞技术等难点的研究,解决了干热岩钻探碎岩效率低、钻进速度慢、钻井液高温稳定性及护壁与携岩能力差等难题,形成了一套适用于深部大口径干热岩钻探工艺技术,有效降低干热岩钻井与成井成本,对提高干热岩资源利用的经济可行性意义重大。共和盆地GR1干热岩勘探孔在地下3705.42m深处探获温度达到236℃以上的干热岩,这是我国首次在青海共和盆地钻获高温优质干热岩体,实现了我国干热岩勘查重大突破。     

探秘“能源新星”——干热岩

干热岩是近些年逐渐发展起来的清洁能源,指埋藏于地球表面3000 m以深,不含或含少量水或蒸汽等流体,温度在180 ℃以上且渗透率极低的岩体。对干热岩的应用主要是建立增强型地热系统进行发电。目前对干热岩的研究尚处于起步阶段,干热岩的热源、热储、形成机理、埋藏机制等都未形成完整的理论体系,干热岩的开发过程也面临诸如储层改造、高温钻探以及随钻监测等一系列的技术“瓶颈”。干热岩资源储量大,开发利用过程低碳环保、节能高效,是国际社会公认的优质清洁能源,但是干热岩研究程度低,开发难度大,需要不断的知识积累和技术积累。本文从科普的角度列举了干热岩的相关研究现状及存在的问题,以期能让更多的人对这一“能源新星”加深了解。     

“双碳”背景下我国干热岩资源勘查技术现状及展望

干热岩资源作为地热资源的重要赋存形式,属于新兴地热能源,因其能量巨大、分布广泛、清洁低碳、热能稳定持续的优点被看作是极具开发前景的战略性接替能源。在“双碳”背景下,开发干热岩地热能在调整能源结构、完善清洁能源供给体系和推进生态文明建设方面具有重大现实及战略意义,干热岩资源勘查是其开发利用深度与广度的前提和基础。在论述我国干热岩资源分布概况和现有开展的勘探工程成果的基础上,阐述了目前常用于干热岩资源勘查的遥感、地球物理、地球化学技术的机理、研究进展及优缺点,单一勘查技术均有一定的局限性和适用性,提出了今后应从加强地热勘查技术综合应用、新勘查技术开发研究、高精度探测设备研制等方面开展攻关研究,从而提升干热岩资源勘查与评价程度和精度,以期对我国未来干热岩资源勘查及开发利用提供技术参考和借鉴,为促进我国节能减排、能源结构调整以及缓解能源资源压力提供支撑。     

青海省共和县恰卜恰干热岩体地热地质特征

基于地热地质、综合地球物理勘查成果等布孔依据,实施的GR1干热岩勘探孔位于共和县恰卜恰干热岩体中南部,是迄今我国钻遇地层温度最高的干热岩勘探孔,为我国首个EGS示范工程与科研试验平台建设奠定了基础。GR1孔测温结果表明,2500 m深处温度为150℃,进入干热岩段;终孔深度3705 m处的井底温度为236℃。2500~3705 m井段平均地温梯度为71.4℃/km,高于另3眼干热岩勘探孔;2800~3705 m井段地温梯度大于80℃/km,属中等品质以上干热岩。综合地球物理勘查与4眼干热岩勘探孔钻探结果表明,该干热岩体埋深2104.31~2500 m,面积246.90 km²;干热岩资源评价结果表明,3~5 km深度范围,100年内的潜在发电装机容量为3805.74 MW,以2%的采收率计,装机容量为76.11 MW;3~6 km潜在装机容量为7788.26 MW,以2%的采收率计,装机容量为155.77MW;3~7 km潜在装机容量为13639.25 MW,以2%的采收率计,装机容量为272.79 MW。     

青海共和盆地干热岩赋存地质特征及开发潜力

青海共和盆地贮藏有丰富的干热岩地热资源。为提升共和盆地干热岩地热资源成因的理论认识,进一步推动干热岩资源的勘探,文章从共和盆地干热岩热源机制、盖层条件、储层特征等方面对共和盆地干热岩资源成因件进行了全面分析。首先,结合区域地质构造分析、地热地质调查、地球物理（航磁、地震）解译等手段,在共和盆地恰卜恰岩体内实施了4口深度为2927~3705 m的干热岩勘查孔,并在3705 m处钻获236℃的优质干热岩资源,为中国非现代火山区干热岩地热资源勘探的首个重大突破。其次,系统测试了钻孔不同深度花岗岩放射性,结果表明,共和盆地花岗岩体铀、钍、钾放射性含量略高于大地背景值,放射性生热率较低,对干热岩热源的贡献小,其热源可能来自壳内熔融体。第三,基于地质资料分析和航磁解译,圈定了共和盆地总体面积约1.4×104 km2的潜在干热岩分布区。最后,采用体积法评估了共和盆地干热岩资源潜力,结果表明,共和盆地3.0~6.0 km深度范围保守的、静态干热岩资源总量为8974.74×1018 J,换算标准煤可达3066.19×108 t,具有广阔的开发利用前景。      

《干热岩发电技术理论与实践》

正《干热岩发电技术理论与实践》是由中国地质调查局、中国地质环境监测院董颖教授、田廷山教授,中国能源研究会地热专业委员会郑克棪教授主编,地质出版社出版发行的专业著作。本书主要介绍了当前在国际上广受关注的重要清洁能源代表之一——"干热岩"发电技术的应用现状和发展前景。以干热岩发电技术理论为出发点,着重强调了干热岩发电在中国能源革命中的重要地位,系统地介绍了     

特约主编致读者

地球因其独特的海陆分布格局和合适的气候环境为我们人类提供了适宜的生存条件,是全球人类赖以生存的唯一的绿色家园。但随着人类对地球资源的疯狂掠夺,不可再生的化石能源逐渐短缺且其燃烧气体大规模排放,雾霾、沙尘等严重影响了人类的安居生活,绿色的家园开始不再是绿色的。因而,人类开始面临一个巨大的挑战,就是寻找到可以取代化石能源的一种新的可再生能源,解决人类日益增长的能源需求和人类对绿色家园的渴望的矛盾。 地热能因其储量大、分布广、无污染、来源可靠而被认为是最有可能取代化石能源的可再生能源之一,在国内外新能源勘测与评价中受到极高的关注。人类历史中有两次重要的工业革命,这两次工业革命都是在新的能源取代旧能源基础上产生的;人类是否会发生第三次工业革命,而这第三次工业革命是否是以干热岩为代表的清洁的、可再生的地热能取代现有的污染较大、不可再生的能源呢？我国地热资源极为丰富,据专家估算,浅层地热资源量相当于90多亿吨标准煤,而深层（埋深3~10 km）地热资源量是浅层地热的7 500倍。因此,研究与开发地热资源,尤其是深层地热资源,必定是有效解决我国能源结构,实现取热减灾减排,达到经济发展与家园保护共赢的最终途径。 位于地球深部的干热岩型地热能由于温度高、稳定性好、能量巨大而得到全世界的密切关注。但是,地球深部的这种地热资源的形成机制是什么,在地球内部有何分布特点及规律,控热构造是什么,评价有何标准,开发技术如何突破等在国内外研究中还很薄弱;尤其是我国,这方面的研究才刚刚起步,这极大地制约了后续的高效开发利用。目前,全球对于深层地热能梯级开发利用的一个首要目的就是发电,而发电必备条件是要有高温的热能,在现代技术条件能达到的地球深部何处存在这种高温的热能,如何高效取出这种高温的热能是必须首先解决的科学问题。因此对其开发利用的地热理论基础和勘探技术显得举足轻重。 李德威教授和《地学前缘》编委会在2018年5月份决心以专辑的形式刊发干热岩勘探、选区与评价方面的论文。可是,李德威教授由于积劳成疾,于2018年9月14日不幸去世,他在病逝前还挂念着出版干热岩专辑的事。为了继承他的遗愿,为了促进我国干热岩事业的发展,编辑部决定由我们代任特约主编,继续完成本专辑的出版工作。根据收录上来的论文内容,我们将该专辑改为深部地热资源专辑。 针对深部地热资源,本专辑共收录了20篇论文,分别从深部地热资源的形成机制与分布规律、干热岩成因与分类、干热岩勘查方法与选区评价、控热构造、地热流体地球化学、深部地热资源模拟开发与利用技术等方面进行了探讨。相信这些文章的发表能让读者们对深层地热资源（干热岩）有更深入的了解,能够引起大家共鸣,让更多的人理解、支持并能齐心携力进行深层地热资源的勘探与开发利用研究,为绿色家园的未来和可持续发展而努力奋斗。 感谢所有作者（包括论文没有在本专辑刊登的论文作者）、审稿专家和编辑部所有成员为本专辑的出版所付出的艰辛劳动。     

我国干热岩勘查的有关技术问题

干热岩作为一种可再生的新型能源,具有热能大、分布广、开发利用对环境影响小、不受季节等自然条件的影响等优势。而干热岩的勘查开发利用在我国还基本属于空白,因此对干热岩勘查关键技术开展研究有着非常现实的意义。在简述国内外对干热岩勘查开发利用研究现状的基础上,分析了干热岩开发利用的技术关键,并提出了主要的研究内容和需要做的工作。     

我国干热岩资源分布及勘探:进展与启示

干热岩是地热资源的重要赋存形式之一,是未来地热开发的主攻方向。我国干热岩勘查工作近年来进展迅速,先后在不同地区发现了优质的干热岩资源,取得了我国干热岩资源勘查突破,但同时也存在不少勘查失败的案例。本文在分析高放射性产热型、沉积盆地型、近代火山型和强烈构造活动带型等四种类型干热岩成因模式的基础上,结合我国的地质构造背景、地热地质条件,对未来我国干热岩资源重点勘查方向及靶区进行了论述,并重点针对目前不同类型区干热岩资源勘探工程进行了梳理,简要分析了不同勘探区的选址依据、勘探过程、地温场分布及特征、前景预测等,并初步进行了经验总结,希望对我国未来干热岩资源勘查及开发工作起到借鉴作用。     

青海钻获大规模可利用干热岩

近日,青海省共和盆地干热岩钻探项目取得重大进展,在地下2230米处钻获发现温度达153℃的干热岩,仅钻孔控制干热岩面积已达150平方公里,潜力巨大。据悉,这是我国首次发现大规模可利用的干热岩。 干热岩通常埋藏在3000米～1万米以下,是没有水或蒸汽的、致密不参透的热岩体,温度在150℃～650℃之间,是一种可用于高温发电的清洁能源。     

涡轮取芯钻进工艺在干热岩钻井中的应用

我国干热岩勘探刚刚起步。为准确评价干热岩型地热资源的资源量,需要钻获高质量的干热岩岩心,但目前针对高温、高硬度、高研磨工况下的干热岩取芯钻进工艺研究较少,严重制约了干热岩型地热资源的准确评价。为此,自主研发了Φ127 mm涡轮钻具,在福建漳州HDR-1井和青海共和GR1井进行了干热岩钻井取芯应用研究,研究验证了研发的涡轮钻具与KT-140取芯钻具的适配性、涡轮钻具与金刚石取芯钻头的匹配性,揭示了高温和硬岩井况下涡轮钻具工作特性,经受住了孔底236 ℃高温考验,钻获了高质量岩心,取得了涡轮钻具现场测试应用的各项参数;涡轮取芯钻进工艺与常规取芯钻进工艺相比,既充分发挥了涡轮钻具高转速的性能,也发挥了其耐高温、耐研磨、耐高地应力、使用寿命长和现场劳动强度低的特性,干热岩取芯钻速和质量大大提高。该工艺是高温深孔干热岩井下动力回转钻具驱动取芯钻头进行取芯钻进的首次成功尝试,为干热岩涡轮钻具复合取芯钻井技术的进一步科研攻关、现场试验与推广应用提供了宝贵的施工应用经验和借鉴,也将为我国干热岩科学钻探与深部地热资源勘探提供新的技术支撑。     

我国东南沿海干热岩赋存前景及与靶区选址研究

干热岩资源是未来重要的清洁型能源,干热岩资源靶区选址是进行干热岩资源开发利用最基础的工作。本文在综合国内外相关干热岩开发项目的基础上,系统总结了干热岩选址的地热地质学指标,并对我国东南沿海地区的干热岩赋存背景进行论述,选取了广东阳江新州、广东惠州黄沙洞、雷琼断陷盆地、海南陵水等几个地区作为我国东南沿海干热岩开发的重点潜力靶区,在综合分析各靶区深部地热地质背景、深部热异常的基础上,建立了研究区深部温度场模型,进行了干热岩资源靶区选址对比研究,对下一步优先勘查靶区及勘查方案提出了建议。     

广西合浦盆地干热岩资源成热条件及潜力评价

为了对广西合浦盆地干热岩资源成热条件及其潜力进行评价,利用广西航磁勘查数据,采用Parker-Oldenburg法反演计算了居里面深度。在此基础上进行大地热流密度值和不同埋深地温计算,发现计算结果与现有测温资料吻合,合浦盆地内西场凹陷和常乐凹陷具有干热岩资源成生条件。结合合浦盆地内基础地质调查资料和油气钻孔资料,分析了合浦盆地干热岩资源的储层和盖层条件。初步圈出2个位于西场凹陷和常乐凹陷的干热岩勘查靶区C1和C2,面积分别为167.10和72.90 km²,干热岩资源量分别为182.48×10¹⁵、77.59×10¹⁵ J。按20%的采收率,合浦盆地干热岩资源量可开采量为52.01×10¹⁵ J,折合标准煤177.48×10⁴ t,占2018年广西全区能源生产总量3 756.69×10⁴ t标准煤的4.72%。在资源量评价基础上,可优先考虑位于合浦盆地西场凹陷的C1靶区开展进一步的勘探工作。     

江西干热岩地热资源潜力评估

干热岩是一种清洁的可再生地热资源,随着开发利用技术日益成熟,已显示出其巨大的利用价值。江西作为高热流花岗岩地区(福建、广东、江西)所在的三个省份之一,具有较好的干热岩勘查开发前景,但对于干热岩的研究却相对滞后。通过对大地热流基本特征、岩浆岩分布规律、江西地热资源形成规律、盖层特征进行研究,初步划分了泰和南康、贵溪乐安、南丰会昌、万载宜春、全南龙南5个干热岩勘查远景区;再运用体积法,对江西5个干热岩勘查远景区资源潜力进行了评价,估算全省3~10km深处干热岩地热资源总计15.07×1020J,合514亿吨标准煤,相当于江西省2015年能源(控制)消耗总量的767倍,5.5~7.5km干热岩资源量为5.91×1020J,热储目标温度为150℃~250℃,占3~10km干热岩资源总量的39.2%。     

甘肃西秦岭北麓与青海共和盆地干热岩赋存条件的对比分析

发展新能源和建立清洁能源大基地是甘肃省“十三五”规划纲要中的“六大支柱”之一。笔者在广泛收集分析青海干热岩已有勘探资料及研究成果的基础上,结合甘肃西秦岭北麓地热异常（温泉、地热井）有限的勘探测试数据,分析研究了甘肃西秦岭北麓和青海共和盆地所处的区域地质构造背景,从干热岩形成条件和热储赋存特征两个方面进行了对比分析。研究认为甘肃西秦岭北麓与青海共和盆地具有相同的地质构造背景;西秦岭北麓规模较大的酸性岩体大部分直接裸露地表,属开启式地热田类型,岩浆岩侵入时代相对较早;岩体中放射性元素U、Th、K含量及放射性生热率略低于青海共和盆地;地层增温率6. 0℃／100 m左右,温度随深度基本上呈现线性增加,表现出以热传导为主的热源特征,推测在甘肃西秦岭北麓4 000 ～ 5 000 m深度热储温度可达180℃ ～ 200℃以上,具备干热岩赋存条件。