干热岩开发利用现状及发展趋势分析
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关键词：地热资源 干热岩 增强型地热系统 地热发电
地热资源是一种极具竞争力的清洁可再生能 源，具有稳定（不受季节和昼夜变化的影响）、利 用率高（地热发电利用效率可超过 73%，是太 阳能光伏发电的 5.2 倍、风力发电的 3.5 倍）、安 全、运行成本低、可综合利用（发电、取暖、洗 浴、养殖、融雪、城市热水供应）等优越性 [1]。 按其成因和产出条件分为浅层地温能型、水热型 和干热岩型地热资源 [2]。干热岩英文名称为“Hot Dry Rock”，简称“HDR”。常规水热型地热系 统由热、水和渗透性储层共同构成，三者缺一不 可。而干热岩地热资源的构成核心是热，温度达 到 150℃以上的岩石，缺乏水或缺乏渗透性储层， 就成为干热岩。干热岩地热资源常与水热型地热 资源相伴而生，相对而言埋深范围更广，分布领 域更大。目前干热岩资源开发一般认为需要通过 增强型地热系统（enhanced geothermal system， EGS）实现。EGS 指通过水力压裂等工程手段在 地下深部低渗透性干热岩体中形成人工地热储层， 并从其中长期经济地采出相当数量热能的人工地 热系统 [3]。
收稿日期：2018 – 06 – 15。 作者简介：李瑞霞，硕士研究生，高级工程师，主 要从事地热等新能源开发利用的技术研发及政策分 析等。
47
N 新能源 New Energy
1 国际干热岩勘探开发现状与进展 1.1 国际干热岩勘探开发现状
干热岩的研究最早始于 20 世纪 70 年代的美 国，经过半个世纪的不断发展，干热岩在理论和实 践方面都有了长足发展。美国、法国、德国、日 本、澳大利亚等国最早开启 EGS 技术研发与工程
1 525~ 2 475
2 600
澳大 利亚 Habanero
2009.3-至今
花岗岩
270
4 911
法国 Soultz 德国 Landau
1987- 至今
花岗岩
200
4 950
2003 年 建 设，2007 年底建成投产
水热型 碳酸盐岩热储
160 （出水温度）
3 000
日本 Hijiori
1985-2002 年
花岗岩
270
2 200
英国 Rosemanowes 1973-1992 年
花岗岩
79
2 000
热田外
取得了大量的研究成果
常规地热田 Desert 2013 年 4 月成功并网发电，
Peak 内
发电能力 1.7 MW
Geysers 在产的地热田 成功并网发电，新增装机容 西北方向的临近区域 量 5 MW
2019 年 第 27 卷 第 3 期
PETROLEUM & PETROCHEMICAL TODAY
New Energy 新能源
干热岩开发利用现状及发展趋势分析
李瑞霞 1，黄 劲 1，张 英 2，冯建赟 2，周号博 3
（1. 中石化新星（北京）新能源研究院有限公司，北京 100083； 2. 中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，北京 100083； 3. 中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，北京 100101）
摘 要：干热岩中赋存的地热能规模巨大，是极具开发前景的战略性接替能源，有望成为全球 新能源增长点。本文在介绍国际干热岩勘探开发现状及进展与国内干热岩资源勘察及 研究进展基础上，分析了增强型地热系统（EGS）存在的问题和面临的挑战，对干热 岩开发利用前景和发展趋势进行了展望，提出了增大干热岩产业资金和人员投入、加 强科技攻关、加强国际交流合作、给予相关新能源配套支持政策等发展建议。
干热岩中赋存的地热能规模巨大，保守估计
地壳中干热岩（通常指 3 ~ 10 km 深处）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 [4]。中国地质调查局评价数据显示，中 国大陆 3 ~ 10 km 深处干热岩资源总量为 2.5×1025 J （合 856 万亿 t 标准煤），若能开采出 2%，就相 当于我国 2010 年全国一次性能耗总量（32.5 亿 t 标 准煤）的 5 300 倍 [5]；中国科学院也对中国大陆 3 ~ 10 km 深处的干热岩资源进行了评价，结果表明， 中国大陆干热岩地热资源总量为 20.9×106 EJ，合 714.9×1012 t 标准煤。若按 2% 的可开采资源量计 算，是传统水热型地热资源量的 168 倍，相当于中 国 2010 年能源消耗总量的 4 400 倍 [6]。干热岩如果 实现规模化经济开发，将对全球能源格局产生重 大影响。
国别 项目名称
时间
储层岩性
温度 /℃ 深度 /m 与常规地热田关系
试验效果
Fenton Hill 美国 Desert Peak
Geysers
1974-1994 年，2000 年现场试验中止
花岗岩
325
2002- 至今
变质岩
135~204
2009 年初-至今
热变质黑云母角砾 杂砂岩和泥岩夹层
来自百度文库
347
4 398
界（造山带或岛弧）、火山口附近、高放射性花 岗岩发育区或板内新生代裂谷盆地，而且普遍具 有高背景热流值的异常区。从开发模式来看，早 期 EGS 研究主要集中在高温的花岗岩体，但是由 于热储建造技术难度大，难以实现单一干热岩地 热系统的有效开发；后来的 EGS 研究扩展至现有 水热型地热系统的边缘或深部，一般有天然裂缝， 相对容易形成体积裂缝，通过激发深部储层以增 加现有地热田产能。EGS 项目热储岩性主要为火 成岩和沉积岩，火成岩中则以花岗岩为主；平均 井深 3 000 m 左右，最深一口井是法国 Soultz 项目 GPK4 井，井深 5 270 m；热储压裂方法主要为水 力压裂，化学刺激压裂为辅；布井方式早期以一 注一采为主，现在多采用一注多采；井型早期多 选择直井，现在多采用定向井，注入井一般采用 直井井身结构，处理井下复杂方便，钻井成本较 低，生产井采用定向井，井身结构和轨迹根据注
热田外
2013 年 4 月 30 日试验发电 厂成功投产发电，发电能力
1 MW
热田外
2011 年初发电，发电能力 1.5 MW
热田外
发电输出能力为 2.9 MW， 供热输出能力为 3 MW
热田外
进行了发电试验，期间发生
热突破，温度从 163℃降低 到约 100℃，项目终止
热田外
开展有关岩石力学方面的研 究，而非地热开采；首次使 用支撑剂，改善储层渗透率
建设，部分项目进入试验性运行发电阶段。据统 计，全球在建及投运 EGS 工程已达 30 个，其中 14 个实现了运行发电，目前尚在运行的有 5 处，总装 机容量为 12.2 MW，尚未实现规模化、商业化运 行。国际重要的干热岩项目分布见表 1。
国际上典型 EGS 项目主要分布在俯冲板块边
表 1 国际干热岩代表性项目统计
地热资源是一种极具竞争力的清洁可再生能 源，具有稳定（不受季节和昼夜变化的影响）、利 用率高（地热发电利用效率可超过 73%，是太 阳能光伏发电的 5.2 倍、风力发电的 3.5 倍）、安 全、运行成本低、可综合利用（发电、取暖、洗 浴、养殖、融雪、城市热水供应）等优越性 [1]。 按其成因和产出条件分为浅层地温能型、水热型 和干热岩型地热资源 [2]。干热岩英文名称为“Hot Dry Rock”，简称“HDR”。常规水热型地热系 统由热、水和渗透性储层共同构成，三者缺一不 可。而干热岩地热资源的构成核心是热，温度达 到 150℃以上的岩石，缺乏水或缺乏渗透性储层， 就成为干热岩。干热岩地热资源常与水热型地热 资源相伴而生，相对而言埋深范围更广，分布领 域更大。目前干热岩资源开发一般认为需要通过 增强型地热系统（enhanced geothermal system， EGS）实现。EGS 指通过水力压裂等工程手段在 地下深部低渗透性干热岩体中形成人工地热储层， 并从其中长期经济地采出相当数量热能的人工地 热系统 [3]。
收稿日期：2018 – 06 – 15。 作者简介：李瑞霞，硕士研究生，高级工程师，主 要从事地热等新能源开发利用的技术研发及政策分 析等。
47
N 新能源 New Energy
1 国际干热岩勘探开发现状与进展 1.1 国际干热岩勘探开发现状
干热岩的研究最早始于 20 世纪 70 年代的美 国，经过半个世纪的不断发展，干热岩在理论和实 践方面都有了长足发展。美国、法国、德国、日 本、澳大利亚等国最早开启 EGS 技术研发与工程
1 525~ 2 475
2 600
澳大 利亚 Habanero
2009.3-至今
花岗岩
270
4 911
法国 Soultz 德国 Landau
1987- 至今
花岗岩
200
4 950
2003 年 建 设，2007 年底建成投产
水热型 碳酸盐岩热储
160 （出水温度）
3 000
日本 Hijiori
1985-2002 年
花岗岩
270
2 200
英国 Rosemanowes 1973-1992 年
花岗岩
79
2 000
热田外
取得了大量的研究成果
常规地热田 Desert 2013 年 4 月成功并网发电，
Peak 内
发电能力 1.7 MW
Geysers 在产的地热田 成功并网发电，新增装机容 西北方向的临近区域 量 5 MW
2019 年 第 27 卷 第 3 期
PETROLEUM & PETROCHEMICAL TODAY
New Energy 新能源
干热岩开发利用现状及发展趋势分析
李瑞霞 1，黄 劲 1，张 英 2，冯建赟 2，周号博 3
（1. 中石化新星（北京）新能源研究院有限公司，北京 100083； 2. 中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院，北京 100083； 3. 中国石油化工股份有限公司石油工程技术研究院，北京 100101）
摘 要：干热岩中赋存的地热能规模巨大，是极具开发前景的战略性接替能源，有望成为全球 新能源增长点。本文在介绍国际干热岩勘探开发现状及进展与国内干热岩资源勘察及 研究进展基础上，分析了增强型地热系统（EGS）存在的问题和面临的挑战，对干热 岩开发利用前景和发展趋势进行了展望，提出了增大干热岩产业资金和人员投入、加 强科技攻关、加强国际交流合作、给予相关新能源配套支持政策等发展建议。
干热岩中赋存的地热能规模巨大，保守估计
地壳中干热岩（通常指 3 ~ 10 km 深处）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 [4]。中国地质调查局评价数据显示，中 国大陆 3 ~ 10 km 深处干热岩资源总量为 2.5×1025 J （合 856 万亿 t 标准煤），若能开采出 2%，就相 当于我国 2010 年全国一次性能耗总量（32.5 亿 t 标 准煤）的 5 300 倍 [5]；中国科学院也对中国大陆 3 ~ 10 km 深处的干热岩资源进行了评价，结果表明， 中国大陆干热岩地热资源总量为 20.9×106 EJ，合 714.9×1012 t 标准煤。若按 2% 的可开采资源量计 算，是传统水热型地热资源量的 168 倍，相当于中 国 2010 年能源消耗总量的 4 400 倍 [6]。干热岩如果 实现规模化经济开发，将对全球能源格局产生重 大影响。
国别 项目名称
时间
储层岩性
温度 /℃ 深度 /m 与常规地热田关系
试验效果
Fenton Hill 美国 Desert Peak
Geysers
1974-1994 年，2000 年现场试验中止
花岗岩
325
2002- 至今
变质岩
135~204
2009 年初-至今
热变质黑云母角砾 杂砂岩和泥岩夹层
来自百度文库
347
4 398
界（造山带或岛弧）、火山口附近、高放射性花 岗岩发育区或板内新生代裂谷盆地，而且普遍具 有高背景热流值的异常区。从开发模式来看，早 期 EGS 研究主要集中在高温的花岗岩体，但是由 于热储建造技术难度大，难以实现单一干热岩地 热系统的有效开发；后来的 EGS 研究扩展至现有 水热型地热系统的边缘或深部，一般有天然裂缝， 相对容易形成体积裂缝，通过激发深部储层以增 加现有地热田产能。EGS 项目热储岩性主要为火 成岩和沉积岩，火成岩中则以花岗岩为主；平均 井深 3 000 m 左右，最深一口井是法国 Soultz 项目 GPK4 井，井深 5 270 m；热储压裂方法主要为水 力压裂，化学刺激压裂为辅；布井方式早期以一 注一采为主，现在多采用一注多采；井型早期多 选择直井，现在多采用定向井，注入井一般采用 直井井身结构，处理井下复杂方便，钻井成本较 低，生产井采用定向井，井身结构和轨迹根据注
热田外
2013 年 4 月 30 日试验发电 厂成功投产发电，发电能力
1 MW
热田外
2011 年初发电，发电能力 1.5 MW
热田外
发电输出能力为 2.9 MW， 供热输出能力为 3 MW
热田外
进行了发电试验，期间发生
热突破，温度从 163℃降低 到约 100℃，项目终止
热田外
开展有关岩石力学方面的研 究，而非地热开采；首次使 用支撑剂，改善储层渗透率
建设，部分项目进入试验性运行发电阶段。据统 计，全球在建及投运 EGS 工程已达 30 个，其中 14 个实现了运行发电，目前尚在运行的有 5 处，总装 机容量为 12.2 MW，尚未实现规模化、商业化运 行。国际重要的干热岩项目分布见表 1。
国际上典型 EGS 项目主要分布在俯冲板块边
表 1 国际干热岩代表性项目统计