地热中心名誉主任王秉忱：对我国开展干热岩勘察与增强型地热系统研究的基本认识

2016年11月17日至18日，第240场中国工程科技论坛——2016中国地热国际论坛在北京会议中心举行。全国工程勘察设计大师、国家地热能中心技术委员会名誉主任、曾任国务院参事、第九届全国政协委员王秉忱做主旨发言，发言主题为《对我国开展干热岩勘察与增强型地热系统研究的基本认识》。他表示我国地热能发展规划，要充分发挥干热岩地热能发电的综合优越性，使我国有望领先启动“地学革命-科技革命-能源革命-产业革命的链式反应”。干热岩与增强型地热系统研究及工程应用应成为我国今后地热资源研究和开发的主要方向。

以下为嘉宾核心发言内容：

中国内地3~10km深处干热岩资源丰富

据保守估算，地壳内干热岩中所蕴含的能量相当于全球所有石油、天然气和煤炭总能量的30倍。中国地调局的最新评价数据显示，中国大陆3~10km深处干热岩资源总量为2.5×1025J（合856万亿吨标煤），若能开采出2%，就相当于我国2010年全国一次性能耗总量（32.5亿吨标煤）的5300倍。同时中国科学院也进行了同样的评价，其结论是我国干热岩资源总量为2.09×1025J （相当于715万亿吨标煤），若能采出2%，则相当于中国2010年能源消耗总量的4400倍。这两方面的数字相近，已充分表明了我国干热岩开发利用的美好前景。

由此看出，利用增强型地热系统开发干热岩地热资源有光明的前景，干热岩地热资源是一种潜在的巨大新能源资源，应尽快加以开发利用。

国外干热岩勘察与增强型地热系统研究的进展和前景

增强型地热系统研究（EGS）的研究与开发已有40年的历史，早期的研究主体主要是美国、英国、法国、日本、澳大利亚等发达国家，这些国家的研究为我们进一步进行EGS研究提供了宝贵的经验，但成果却不尽人意，它阻滞了EGS商业性开发的进程，目前HDR的开发面临诸多挑战，最大的挑战是未能建立起经济的人工热储建造。而对热储建造方面早期的这些研究中也强调了其重要性。

热储建造将是未来20年内EGS实现经济开发的关键性技术。当前，常用的热储建造技术有水力压裂、化学激发和热激发，以及这几种技术的联合应用。能源部最新EGS示范工程取得的成果表明，在现有水热型地热田的边缘建立人造热储，并与天然热储取得连通，可以增加其生产能力，这一技术路线可在短期内相对取得低成本的经济效益。

作为奥巴马政府“全方位能源政策”的一部分，美国能源部于2014年7月宣布为地热能研究的前沿观测计划（FORGE）的初始阶段投入3100万美元，以建立用于EGS前沿研究的现场实验室。DOE还在同年8月宣布，为推动美国地热能开发的32个项目投入1800万美元。所选择的项目集中在3个技术领域：发展EGS的地下分析和工程技术；应用一个被称为有利于成藏组合分析的成像方法来发现新的地热资源；加快研究可从中低温地热资源中提取高附加值材料（如锂）的技术。这些项目将降低地热开发利用的成本和风险，加速地热能的技术发展和经济部署。

我国干热岩勘察与增强型地热系统研究现状及问题

目前，我国已具备干热岩勘察和EGS开发研究的条件和能力。近几年来，我国的一些单位，如中国地质调查局和中国科学院已把注意力转向干热岩资源的开发。中科院地质与地球物理研究所的研究表明，我国干热岩资源的有利靶区包括藏南地区、云南西部（腾冲）、东南沿海（浙、闽、粤）、东北（松辽盆地与长白山地区）、华北（渤海湾盆地）、鄂尔多斯盆地东南缘的汾渭地堑等地区。

石化集团胜利油田钻井工艺研究院刘伟莉等人提出，干热岩钻井技术难点主要体现在钻井环境温度高，井下工具和钻井液体系的性能和寿命受到很大限制；干热岩钻井深度大，岩石可钻性差，对钻机设备、钻头和辅助破岩工具提出的要求更高，地层发育裂隙断层、漏井现象严重，井壁围岩在温度场-渗流场-应力场的多场耦合作用下稳定性极差。

但我国在干热岩开发方面的技术研究也有一些成果。2012年，国家高新技术研究发展计划（863计划）启动了“干热岩热能开发与综合利用关键技术研究”项目，在解决干热岩开发的地下关键技术方面就取得了一些进展和创新。

一、提出了干热岩靶区定位体系并检验了地球物理工程探测技术和中国首部热干岩靶区定位行业规程。

二、构建了大尺寸高温高压干热岩水力压裂实验室模拟系统，模拟研究和实时监控变温过程的岩石力学参数、水力压裂、裂隙导流换热的动态演化过程。

三、形成了一套地层降温压裂工艺，研发了高温（200℃）压裂液和新型化学压裂激化剂，针对现场压裂条件，提出了不同排量、渗透率下的优化压裂方法。

四、构建了热储改造效果验证评价技术体系。建立了基于示踪技术确定裂隙连通性和导热性的定量评价方法。

五、自主开发了一系列EGS地下传热传质过程的三维全区域动态模拟软件。提出了大规模EGS多井布局的优化设计方案，研究了运行参数（包括工质选择）对采热的影响。

六、建立了干热岩地下热-水-化-力（THCM）数值模拟软件系统。

我国的地热能发展规划，要充分发挥干热岩地热能发电的综合优越性，这有利于我国地热能在国家能源结构中占据重要地位，使我国有望领先启动“地学革命-科技革命-能源革命-产业革命的链式反应”。为此，干热岩与增强型地热系统研究及工程应用应成为我国今后地热资源研究和开发的主要方向，我们在开发过程中应关注这些领域：资源评价与选址、地球物理勘探技术、高温储层测试、压裂和储层建造、微震、示踪等监测技术、流体流动和储层测试、储层性能评价、室内试验（确定水-岩-气-热作用机制等）、模拟、示范项目。