地热钻探技术

深蓝色的畅想

美国能源部能源效率与可再生能源办公室决定投入1450万美元研究经费，聚焦地热钻井技术，促进地热能源技术创新，加快地热产业的发展。

“提升地热钻探技术水平将有助于开发我们脚下的热能以扩大本土能源份额。”美国能源部负责能源效率和可再生能源事务的首席助理部长帮办丹尼尔·西蒙斯说，“地热能是可靠的基载能源，运行稳定又具有灵活性，可以为确保国家电网的稳定性和弹性提供一系列基础服务。”

在各类并网发电的能源中，地热电站的容量因素仅次于核电站。目前，美国地热发电装机总量超过3.8吉瓦。根据美国地质调查局的勘探和评估，其水热型地热系统和增强型地热系统地热资源潜在发电装机容量超过100吉瓦。但是只有技术创新才有可能使这些地热能转变为具有经济价值的实用资源。

地热能大多埋藏到地下2千米~5千米，地热开发往往在比石油和天然气开发更加复杂的地质环境中进行，要面对恶劣的高温高压条件，所以对科学技术提出了很高的要求。在地热开发过程中，钻探工程费用可能占整个项目投资的一半以上，因此提升地热钻井效率尤为重要。

美国能源部这次提供的地热研发基金将着重扶持有助于提升钻孔时效的技术创新。这项基金给出了三个研究方向：减少无进尺时间的技术，包括有助于钻探自动化的实时数据分析方法和机器学习算法、随钻套管护壁技术、单通完井技术、快速处理循环液漏失的技术、减小磨损以提高每套井底钻具总进尺的技术等；提升钻井进尺速度的技术，包括高温高压条件下的新型钻进方法、材料和技术、改善震动控制和利用机械比能在保持甚至加大进尺速率的同时延长钻头寿命的技术、提高定向钻探效率的导向技术等；加速地热钻探技术从实验室向实际应用转化的新模式，通过建立新型合作伙伴关系加快新兴技术的应用和隐形知识向地热实用技术的转化，制定并实施鼓励地热产业内部和地热产业与其他相关产业之间共享数据和优化方案的政策，探索建立第三方认证和多方协作以降低新技术应用风险的体制，开发和实施能够更好适应地热产业发展需要的新的商业运作模式等。

前两个方向是硬技术，而第三个方向则是软技术。根据美国内华达州和加利福尼亚州在2005~2010年期间地热生产井和回灌井钻井时效的调查，打成一口8000英尺（约2438米）左右的地热井约需要64天的时间，平均钻井进尺速率为每天125英尺。分别位于犹他州Milford和内华达州Fallon的两个能源部资助的地热前沿技术地下试验场的钻井数据表明，目前钻井过程中无进尺时间占据了钻井周期的65%到75%。无进尺时间包括起钻下钻、换钻头、下套管、固井、测井、洗井等生产工作时间和处理循环液漏失、井壁坍塌、卡钻等故障的非生产工作时间，以及因设备故障、工作失误和误工怠工等意外耗费的时间。美国能源部希望通过该项基金的设立和项目实施，全面提升地热钻井效率，以期到2025年使地热钻井时效提高一倍，把钻井周期的平均进尺速率提高到每天250英尺。