美国能源部聚焦地热钻井技术

最近，美国能源部能源效率与可再生能源办公室决定投资1450万美元进行地热钻井技术研究，推动地热能源技术创新，加快地热产业发展。

“提高地热钻井技术水平将有助于开发我们脚下的热能，扩大当地能源的份额。”美国能源部负责能源效率和可再生能源事务的副首席助理部长丹尼尔·西蒙斯(Daniel Simmons)表示:“地热能是一种可靠的基础能源，运行稳定、灵活，可以提供一系列基础服务，以确保国家电网的稳定性和灵活性。”

在各种并网电源中，地热电站的容量因数仅次于核电站。目前，美国地热发电的总装机容量超过3.8千兆瓦。根据美国地质调查局的勘探和评估，其热液地热系统和强化地热系统中地热资源的潜在装机发电能力超过100千兆瓦。然而，只有通过技术创新，这些地热能才能转化为具有经济价值的实用资源。

地热能大部分埋在地下2-5公里处。地热开发通常在比石油和天然气开发更复杂的地质环境中进行。它必须面对严酷的高温高压条件，因此对科学技术提出了很高的要求。在地热开发过程中，钻井项目成本可能占项目总投资的一半以上，因此提高地热井钻井效率尤为重要。

这次由美国能源部提供的地热研发基金将重点支持有助于提高钻井及时性的技术创新。该基金提供了三个研究方向:减少无进尺时间的技术，包括有利于钻井自动化的实时数据分析方法和机器学习算法、随钻套管壁保护技术、单程完井技术、快速处理循环液泄漏的技术、减少磨损以提高每个井底钻具总进尺的技术等。；提高钻井进尺速度的技术包括高温高压条件下的新钻井方法、材料和技术，提高振动控制和延长钻头寿命的技术，同时使用机械比能保持甚至增加进尺速度，以及提高定向钻井效率的导向技术。加快地热钻井技术从实验室向实际应用转化的新模式，通过建立新的伙伴关系，加快新兴技术的应用和无形知识向地热实际技术的转化，制定和实施政策，鼓励地热行业内部以及地热行业与其他相关行业之间的数据共享和优化方案， 探索建立第三方认证和多方合作体系，降低新技术的应用风险，开发和实施更能满足地热产业发展需求的新业务运营模式。

前两个方向是硬技术，第三个方向是软技术。根据对2005年至2010年美国内华达州和加利福尼亚州地热生产井和回灌井钻井时间限制的调查，形成一口8000英尺(约2438米)的地热井大约需要64天，平均钻井进尺率为每天125英尺。分别由美国能源部资助的犹他州米尔福德和内华达州法伦的两个地热前沿技术地下试验场的钻井数据显示，目前钻井过程中无进尺时间占钻井周期的65%至75%。非进尺时间包括生产工作时间，如起下钻、换钻头、下套管、固井、测井和洗井；非生产工作时间，用于处理故障，如循环液泄漏、井壁坍塌和卡钻；以及由于设备故障、工作错误和延迟工作而消耗的意外时间。美国能源部希望通过该基金的建立和项目的实施，地热井钻井的效率将得到全面提高，以期到2025年将地热井钻井的时间限制增加一倍，并将钻井周期的平均进尺率提高到每天250英尺。(李毅、黄/编译)

中国科学新闻(2018-05-17，第六版前沿)