干热岩资源是一种什么样的能源？它离我们的现实生活有多远？

干热岩地热能是一种清洁可再生能源

通俗讲，干热岩资源就是存在于岩石中的热量，被誉为“来自地球母亲的温暖”。

地球内部蕴含着巨大能量。地球通过火山、地震、地热等方式，源源不断地释放着内部能量。干热岩是地球内部热能的一种赋存介质，是一种不含水或蒸气、埋深为3至10公里、温度为150℃至650℃的致密热岩体。在地下一定深度，这样的高温岩体无处不在，可以说干热岩资源的潜力巨大。但由于技术和手段等限制，能被人类所勘查及开发利用的干热岩资源主要集中在埋深较浅、温度较高、有开发经济价值的地下热岩体。

与传统化石能源相比，干热岩地热能是一种清洁可再生能源；与其他清洁能源相比，干热岩能够实现稳定、可靠且安全的能源供应。中国地质科学院水文地质环境地质研究所研究员、俄罗斯自然科学院院士王贵玲介绍，保守估计，地壳中干热岩（3至10 公里深处）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。

干热岩资源开发利用的原理，是通过深井将高压水注入地下3000至6000米的干热岩层，使其渗透进入岩层的缝隙并吸收地热能量。此后，通过另一口专用深井，将岩石裂隙中的高温通过水、汽提取到地面，再通过热交换及地面循环装置用于发电、供暖等综合利用。利用后的尾水通过回灌井再次注入到地下干热岩体中, 从而达到循环利用的目的。

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。在学术界，干热岩有时被称为“热干岩”，其英文名称为“Hot Dry Rock”。

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（Tenzer，2001）。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。

一．干热岩概念及资源分布

干热岩概念

干热岩是一种没有水或蒸汽（或是含少量水而不能流动），普遍埋藏于距地表3~10km的地层深处，温度介于180~650℃的高温岩体，蕴藏在其中的热能，就是干热岩地热能。

干热岩资源成因和分类

地壳运动——剧烈构造运动减压熔融生热——强烈构造活动带型

地幔热流——地核地幔传导对流生热——沉积盆地型（地壳减薄区）

岩浆活动——岩浆沿裂隙向浅部运移生热——近代火山型

地壳热流——同位素衰变生热——高放射性产热型

干热岩资源分布情况-世界范围

强烈构造活动带型:环太平洋地震带（美国西海岸），喜玛拉雅-印度洋板块（中国）

板块内部地壳减薄区：欧洲上莱茵地堑，法国、德国

近代火山型：日本、冰岛

板内高放射性花岗岩发育区：澳大利亚

干热岩资源分布情况-国内

强烈构造活动带型：青藏高原。欧亚和印度洋板块挤压，有侵入体和熔融体等高温岩浆热源。

沉积盆地型：松辽盆地、汾渭地堑等中新生代断陷盆地的下部，沉积覆盖层具有较高的地温梯度，与水热型地热系统共生。

近代火山型：分布腾冲、长白山、五大连池等地区，底部岩浆活动密切相关。

高放射性产热型：东南沿海，发育许多大型的中生代酸性花岗岩类岩体。

干热岩资源量

我国：中国地调局数据显示中国大陆3~10km干热岩资源总量数据显示其总量为，为2.5×1025J（合856万亿吨标煤）。总量是我国油气、煤炭总资源量的30倍。

美国：美国本土3~10km干热岩资源总量为1.67×1025J（不含黄石公园），合572万亿吨标煤。

全球地热资源量约4900万亿吨标煤，中国约占全球资源量的六分之一。

干热岩地热能优势

资源丰富：3-10km内资源总量大

分布广泛：板缘和板内地热域都有分布

青藏高原及周边、东部第二沉降带等地区资源尤为丰富

绿色无污染，可再生，用途广泛

利用干热岩地热能发电和梯级利用，不产生环境污染，地热能源可再生

可靠性强： 利用系数高，能量输出稳定

可作为基本载荷亦可作为调峰载荷，以适应季节和气候变化需求

二．干热岩开发利用技术及挑战

干热岩开发技术属于世界性难题，国际上通用的干热岩开发技术是增强型地热系统（EGS技术），该技术是为了开发具有经济价值的地热资源而创建的人工地热系统，作为干热岩地热资源开发的首选技术。

增强型地热系统（EGS）-干热岩开发工程

干热岩无水或少水，裂缝欠发育，需要人工创建热储进行开发，增强型地热系统（EGS）是开发干热岩资源的具体工程系统。

关键技术：

选区选址：优选项目建设靶区

系统设计：精准描述热储，设计运行参数

高效成井：形成循环采热的路径

压裂造储：人造高导流大面积热储

系统运行：运行与监测，稳定采热发电

靶区优选

难题：热源埋藏深，地温场非均质性强，成因机理主控因素复杂，资源可动用性不清等

目的：基于现场试验和研究，通过地质、地球物理、地球化学、遥感等手段优选经济技术指标优越的目标区块。

指标：优选指标包括温度、裂隙情况、大地热流、居里面埋深、酸性岩体分布和控热构造特征等。

系统描述和设计

难题：孔缝结构特征复杂，温度场、应力场、渗流场、化学场四场耦合难度大，开发关键指标众多等。

目的：根据已有的测试参数，地质和工程资料，利用数值模拟、物理模拟、岩心分析等手段，掌握热储地质工程特征，进行热储精细描述，设计热储换热参数、井组、井网、井距、采灌制度等运行参数。

技术：压前压后人工裂缝地质建模技术，渗流传热模拟技术，热储四场耦合模型建立与数值求解技术，热储运行效率和使用寿命分析技术。

高效成井

难题：超高温、地层高硬、研磨性强、裂隙发育、构造复杂、热破裂现象频发、工程地质条件复杂等；

目的：根据工程需求进行直井、定向井、水平井，复杂结构井等深钻施工，形成可靠的循环采热的通道

技术：主要的技术包括：高温硬地层破岩钻头和工具，耐高温井下测量仪器，耐高温井筒流体和工作液材料，高温井下安全控制技术与地面冷却设备，耐高温保温井筒密封材料和工艺。

压裂造储

难题：高温度、高硬度，高应力，高密度，未知性强，预测难度大，热储工程地质条件复杂等。

目的：利用水力压裂，酸化等手段，在致密（裂缝欠发育地层）高温地层，建立大面积高导流裂缝发育空间热储。

技术：地质力学参数求取技术，岩体破裂与裂隙展布评估与控制技术，耐高温自支撑高导流压裂液，裂缝监测与压裂效果评价技术。

系统运行

难题：热力短路，热储四场动态变化监测和系统运行关键参数准确调整困难，水岩作用强烈，地面线路易结垢。

目的：维持系统运行寿命超过20年，保证出口流体的温度和流量在运行过程中始终满足发电要求，保障地下换热效率和地面发电系统管路通畅。

技术：系统运行监测技术（示踪技术），热储动态模拟和运行参数动态优化技术，发电工艺优选技术，管路除垢阻垢技术。

三.干热岩开发现状

国外EGS项目概况

美、法、德、英、日、澳等国家起步较早，已经建立了25个试验性质的EGS工程（欧洲15项，美国6项，澳大利亚2项，日本2项），累积发电能力约12MW。

国外EGS工程概况

深度：干热岩2000-5000m，上部1000-3000m多为高温水热型。

温度：较成功的都在180-200℃以上，最高已经达到400℃。

热储改造对象：有天然裂缝，相对容易形成体积裂缝的地层。

成井：大量采用定向井，裸眼完井，清水、泡沫等无固相低密度钻井液。

造储：水或盐水，不用支撑剂。注入量视规模而定；排量分为低排量长期注入（3~6m3 /min），或者低排量和大排量交替注入。

监测：多采用示踪剂、微地震监测和重力测量。

国内——干热岩的勘探开发还处于勘察阶段

干热岩资源调查：松辽盆地，东南沿海，青海共和及贵德，四川康定等

青海共和盆地恰卜恰进行了7口勘探井的施工，其中4口达到干热岩标准。

贵德盆地扎仓沟进行了4口勘探井的施工，其中2口达到干热岩标准。

福建漳州进行了1口干热岩科探井的施工

总之，尽管国际上对干热岩研究起步较早，但由于资金、技术等限制，目前仅有几个小规模、试验性质的干热岩（EGS ）发电示范工程，还没有一个完全规模化、商业化正式运行的干热岩（EGS）项目。

在目前的经济技术条件下，实现高效率开发利用干热岩资源需借鉴国外先进经验，科研人员还需深入研究。

据统计，全世界已安装的常规地热发电装机容量已达1.3万兆瓦以上，而中国只有27兆瓦左右。中国上世纪90年代开始对干热岩资源进行调查研究，目前干热岩研究处在由调查评价、勘查和实践探索阶段进入试验开发阶段，但大规模商业化利用还需要解决一系列技术难题。