我国首次在青海共和盆地钻获取高温优质干热岩体

我国首次在青海共和盆地钻获取高温优质干热岩体

秦为胜

干热岩通常指埋藏在地下一定深度，是没有水或蒸汽的、致密不渗透的热岩体，温度在150℃以上，是一种可用于高温发电的清洁资源。它是一种地热能资源。

干热岩是一种没有水或蒸汽的热岩体，主要是各种变质岩或结晶岩类岩体；干热岩普遍埋藏于距地表2～6公里的深处，其温度范围很广，在150～650℃之间。干热岩的热能赋存于岩石中，较常见的岩石有黑云母片麻岩、花岗岩、花岗闪长岩以及花岗岩小丘等。一般干热岩上覆盖有沉积岩或土等隔热层。干热岩也是一种地热资源。但是，干热岩是属于温度大于150℃的高温地热资源，而且其性质和赋存状态有别于蒸汽型、热水型、地压型和岩浆型的地热资源。从现阶段来说，干热岩地热资源是专指埋深较浅、温度较高、有开发经济价值的热岩体。

地处青藏高原腹地的青海大地蕴藏有丰富的地热资源，为进一步推动我国地热资源的开发利用，2011年以来，青海省国土资源厅安排实施“青海省共和县恰卜恰镇中深层地热能勘查”等项目，开展前期研究和深浅结合的钻探研究。此后，通过聚热机制分析，共和盆地中北部被确定为干热岩寻找靶区。2013年6月，深孔正式开钻。2014年4月，在共和盆地地下2230米处首次钻获温度达153℃的干热岩。2017年8月26日至27日，经专家组实地考察共和县恰卜恰镇干热岩勘查区的干热岩勘探井与干热岩岩心库，听取项目汇报，质询讨论，最终形成评审意见：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。此次在共和盆地钻获温度达200℃以上的干热岩，经初步测定最高温度可达236℃，再次刷新了钻获干热岩温度的新纪录。分析认为，共和盆地干热岩资源具有埋藏浅、温度高、规模大的特点。

专家组认为，本次工作基本查明了重点勘查区共和县恰卜恰干热岩体的空间分布、地质结构和热源机制，提出了以共和盆地为代表的青藏高原东北缘干热岩形成的地质成因模式。由4眼干热岩勘探井控制的干热岩体面积约303平方千米。在共和盆地圈定出18处干热岩远景区，总面积达3092平方千米。同时，青海在干热岩勘查技术方法方面实现了重要创新。

在高温、高硬度、高研磨性钻进及成井工艺等方面，初步形成了干热岩钻探的技术体系。专家组建议国家加强对共和盆地干热岩勘查及开发利用研究，尽快推进共和盆地干热岩勘查开发国家示范基地建设，积极促进青海干热岩资源的能源化利用。

青海地勘人员在共和盆地成功钻获温度高达236℃的干热岩。这是我国首次发现大规模可利用干热岩资源。该资源属清洁能源，可用于地热发电。共和盆地位于青藏高原腹地，这次钻获的干热岩资源具有埋藏浅、温度高、分布范围广的特点，填补了我国一直没有勘查发现干热岩资源的空白。据青海省水文地质工程地质环境地质调查院专家介绍，在共和盆地钻获的干热岩致密不透水，1600米以下无地下水分布迹象，符合干热岩的特征条件。该岩体在共和盆地底部广泛分布，钻孔控制干热岩面积达150平方公里以上，干热岩资源潜力巨大。有关专家称，青藏高原在隆升过程中形成了一系列地热资源，从干热岩地热资源区域分布看，青藏高原南部约占我国大陆地区干热岩总资源量的1/5，资源量巨大。

干热岩发电技术可大幅降低温室效应和酸雨对环境的影响，且不受季节、气候制约，青海省水文地质工程地质勘查院院长严维德说，利用干热岩发电的成本仅为风力发电的一半，只有太阳能发电的十分之一。有数据表明，地壳中“干热岩”所蕴含的能量相当于全球所有石油、天然气和煤炭所蕴藏能量的30倍。

开发干热岩资源的原理是从地表往干热岩中打一眼井（注入井）,封闭井孔后向井中高压注入温度较低的水, 产生了非常高的压力。在岩体致密无裂隙的情况下, 高压水会使岩体大致垂直最小地应力的方向产生许多裂缝。若岩体中本来就有少量天然节理, 这些高压水使之扩充成更大的裂缝。当然, 这些裂缝的方向要受地应力系统的影响。随着低温水的不断注入, 裂缝不断增加、扩大, 并相互连通, 最终形成一个大致呈面状的人工干热岩热储构造。在距注入井合理的位置处钻几口井并贯通人工热储构造, 这些井用来回收高温水、汽, 称之为生产井。注入的水沿着裂隙运动并与周边的岩石发生热交换, 产生了温度高达200-300℃的高温高压水或水汽混合物。从贯通人工热储构造的生产井中提取高温蒸汽, 用于地热发电和综合利用。利用之后的温水又通过注入井回灌到干热岩中, 从而达到循环利用的目的。

干热岩干热岩通常埋藏在地表3000至10000米以下，是没有水或蒸气的、致密不渗透的热岩体，温度在150℃至650℃之间，是一种可用于高温发电的清洁资源。利用地下干热岩体发电的设想，是美国人莫顿和史密斯于1970年提出的。1972年，他们在新墨西哥州北部打了两口约4000米的深斜井，从一口井中将冷水注入到干热岩体，从另一口井取出自岩体加热产生的蒸气，功率达2300千瓦。在法国东部阿尔萨斯地区地下几千米的地方，有一片温度高达200℃以上的花岗岩区。这个地方建立了第一座利用热岩发电的新型发电站。每年每1立方千米的热岩产生的热量，可发电25兆瓦，足够一座万人城市20年的用电量。

工作人员在这里钻了3眼深井，一直钻到地表5000米以下花岗岩的基岩中。发电时，用水泵以每秒100升的容量从中间的一眼井向地下灌冷水(井的直径为60厘米)，迫使冷水进入地下热岩中，这些冷水被地下热岩加热到约200℃。然后，再用水泵将这种超高温热水从另外两眼井抽上来，一旦到达地面，超高温热水就被送入一个热交换器，并在热交换器中产生蒸气驱动涡轮机发电。水泵消耗的总电量，约相当于发电站发出电能的20%。

为了使冷水充分吸收花岗岩的热量，就需要增加水渗入花岗岩缝隙的程度。虽然地下花岗岩非常坚硬，但也有裂纹。钻井后要用150个大气压力的高压水，从井口灌入，迫使高压水进入岩石裂纹，增大裂纹开口。由于这种新式发电站不燃烧化石燃料，因此不会排放增加温室效应的二氧化碳和其他污染物。虽然冷水变热后可能最终会使岩石降低到20℃，因此一处热岩发电站也许只能连续工作20年左右。但在关闭几十年后，地心的炽热岩浆会重新加热这些花岗岩，那时这些热岩就又能重新发电。

利用干热岩发电的成本与以煤炭和天然气为燃料的火力发电站的成本大体相当，是风力发电的一半，只有太阳能发电的八分之一到十分之一。