熱巖資源主要挑戰(zhàn)

結(jié)合具體的干熱巖開發(fā)工程，在干熱巖儲(chǔ)層激發(fā)方面主要存在以下挑戰(zhàn)：

1）提高注水壓力可以破裂巖石并可產(chǎn)生更多的熱能，但所注的水大多被導(dǎo)入最滲透的巖體；

2）在整個(gè)儲(chǔ)層的激發(fā)過程中，儲(chǔ)層很多部位得不到有效激發(fā)，熱儲(chǔ)采熱量受到了限制；

3）過分增加井口壓力提高注水量，會(huì)誘發(fā)較大的地震；

4）單層裂縫不足以提供滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)電所需的熱交換面積，系統(tǒng)循環(huán)水流量低。

如何在經(jīng)濟(jì)的條件下，創(chuàng)建足夠大的儲(chǔ)層有效換熱空間，是EGS發(fā)展需要迫切解決的問題。發(fā)展高溫儲(chǔ)層封隔技術(shù)，通過多次激發(fā)來增大儲(chǔ)層空間是實(shí)現(xiàn)EGS商業(yè)化的有效手段。2100433B

熱巖資源人工壓裂技術(shù)

針對不同的深部地應(yīng)力場條件和裂隙發(fā)育特征，通過控制注入水流量使深部熱儲(chǔ)達(dá)到理想的剪切破壞是人工壓裂技術(shù)重點(diǎn)解決的問題。干熱巖開發(fā)本身的壓裂設(shè)備和石油天然氣開發(fā)中壓裂設(shè)備基本相同，主要的區(qū)別在于干熱巖的壓裂設(shè)備需要解決耐高溫問題。而高溫巖體冷卻收縮效應(yīng)也使干熱巖儲(chǔ)層激發(fā)相對于傳統(tǒng)油氣儲(chǔ)層更容易發(fā)生 。

上述各國的儲(chǔ)層激發(fā)試驗(yàn)均表明，在堅(jiān)硬的花崗巖中創(chuàng)造新的裂隙幾乎是不可能的，通過注入水壓力的控制使儲(chǔ)層已有的裂隙面錯(cuò)動(dòng)和延伸從而形成有效的換熱面積是國際公認(rèn)的EGS儲(chǔ)層建造方法。實(shí)際干熱巖開發(fā)工程中，熱儲(chǔ)的創(chuàng)建主要包括以下關(guān)鍵步驟：

1）安裝微震監(jiān)測器；

2）形成已有注入井的剪切破壞；

3）施工兩口開采井，并對其儲(chǔ)層進(jìn)行水力剪切破壞；

4）開展30～60 d的儲(chǔ)層循環(huán)測試，評價(jià)熱儲(chǔ)連通性及表現(xiàn)。

儲(chǔ)層壓裂相關(guān)的技術(shù)主要包括：微震解譯、井下電視成像、區(qū)域構(gòu)造雷達(dá)反演、光纖式溫度測井、巖體室內(nèi)切片分析、電鏡掃描、模擬預(yù)測等。

熱巖資源儲(chǔ)層封隔技術(shù)

為止，世界干熱巖資源開發(fā)工程大部分采用的是高溫物理封隔器，通過對目標(biāo)層位的封堵達(dá)到對特定儲(chǔ)層激發(fā)的目的。其優(yōu)點(diǎn)在于，封隔器深度可以自由調(diào)節(jié)，可對指定深度進(jìn)行儲(chǔ)層激發(fā)。缺點(diǎn)在于受溫度影響，很多封隔器采用彈性密封元件，溫度上限為225℃，同時(shí)，高溫封隔技術(shù)操作過程中需要鉆機(jī)配合，存在較高的施工卡鉆危險(xiǎn)，容易造成井孔報(bào)廢，從而對整個(gè)工程造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。為止，大多數(shù)的高溫儲(chǔ)層封隔器僅適用于套管段，而EGS儲(chǔ)層激發(fā)的目標(biāo)為裸孔段，因此，傳統(tǒng)物理封隔技術(shù)的應(yīng)用受到了很大的限制。

化學(xué)和生物封隔技術(shù)在部分發(fā)達(dá)國家已開展了廣泛的研究。一種高溫降解生物隔離技術(shù)（TZIM）在美國剛剛成功應(yīng)用于Newberry干熱巖工程。相對傳統(tǒng)儲(chǔ)層封隔器具有成本低、風(fēng)險(xiǎn)小、耐溫性能好等特點(diǎn)。具體如下：

1）注入井后保持顆粒狀；

2）密度與水接近，操作時(shí)和注水一起進(jìn)入最滲透的裂縫；

3）TZIM 會(huì)密封已有裂縫，通過激發(fā)可裂開更多層的巖石；

4）操作無需井架，可采用分布式光纖溫度傳感器（DTS）監(jiān)控井下隔離效果。

熱巖資源化學(xué)刺激技術(shù)

化學(xué)刺激最早應(yīng)用于油氣井的增產(chǎn)，通過將酸注入儲(chǔ)層裂隙，目的是將裂隙面流體長期運(yùn)移和沉淀過程中產(chǎn)生的礦物溶解，達(dá)到增大對近井區(qū)巖體滲透性的目標(biāo)。對于EGS而言，結(jié)合化學(xué)刺激和水力激發(fā)可以降低注入壓力、減小微震等級，優(yōu)化儲(chǔ)層管理。

近30年來，許多不同的化學(xué)酸化刺激法被應(yīng)用于地?zé)帷Ｈ欢?，同一種化學(xué)激發(fā)劑可能只適用于特定的地層，

對于EGS儲(chǔ)層激發(fā)而言，正在研究針對各種不同地層的綜合化學(xué)刺激法。法國Soultz干熱巖工程采用了化學(xué)刺激方法使注入率提高了1.12~2.5倍。激發(fā)結(jié)果顯示注入酸與花崗巖體的裂隙之間的礦物發(fā)生了較為強(qiáng)烈的反應(yīng)，增加了儲(chǔ)層的滲透性?？傮w而言，化學(xué)刺激受到時(shí)間、體積和濃度等方面的制約，因此其發(fā)展還需要更多的室內(nèi)實(shí)驗(yàn)及工程驗(yàn)證。

隨著20世紀(jì)70年代美國第一個(gè)干熱巖資源開發(fā)工程的建立，40多年來，很多國家的示范工程均在深部熱儲(chǔ)的建立上積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，主要體現(xiàn)在儲(chǔ)層激發(fā)原理完善、激發(fā)壓力和時(shí)間的控制、激發(fā)中裂隙空間結(jié)構(gòu)的表征、多儲(chǔ)層激發(fā)等，綜合分析這些經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)對于建立中國干熱巖示范工程不無裨益。表1總結(jié)了EGS工程的相關(guān)數(shù)據(jù)?？梢钥闯鏊械墓こ淘诔跗诩ぐl(fā)試驗(yàn)時(shí)具有相似的注入率，但激發(fā)途徑卻各有不同，主要原因是儲(chǔ)層壓裂工藝和原生裂隙系統(tǒng)的不同 。

新墨西哥芬頓山

第一個(gè)干熱巖HDR示范工程在新墨西哥芬頓山于1974年開始，位于Valles火山口西翼，屬于環(huán)狀裂隙帶的外側(cè)，項(xiàng)目最初目的是試圖利用水力激發(fā)來創(chuàng)造人造儲(chǔ)層。在1983年的試驗(yàn)中，產(chǎn)生了850個(gè)0～3級的微震事件，這些微震事件主要通過井下微震檢波器獲取。該項(xiàng)目儲(chǔ)層的建造采用傳統(tǒng)石油工程中的壓裂方法，因此產(chǎn)生了大量的張性裂隙，隨著后期認(rèn)識的不斷加深，發(fā)現(xiàn)張性裂隙并不是EGS儲(chǔ)層開發(fā)所期待的。

瑞士巴塞爾

2006 年，在瑞士巴塞爾開展了深部地?zé)衢_采計(jì)劃（DHM），通過施工了一個(gè)深鉆來創(chuàng)建人造熱儲(chǔ)層。整個(gè)

激發(fā)過程起始注入流量為1.7 L/s，當(dāng)井口壓力達(dá)到11 MPa時(shí)開始誘發(fā)地震。在持續(xù)6 d的激發(fā)過程中，注入流量增加了5倍。初期隨著流量的增加，壓力反而降低，顯示注入量的逐漸提高。在流量達(dá)到28 L/s后，壓力和微震頻率有表現(xiàn)出持續(xù)24 h的增加，反映出熱儲(chǔ)中壓力的逐漸形成。隨后流量增大到41 L/s，第一個(gè)大于2級的地震被誘發(fā)。在達(dá)到最大流量后（55 L/s），井口壓力達(dá)到29.7 MPa，產(chǎn)生了4個(gè)大于2級的微震，隨后注入停止并閉井。然而，由于儲(chǔ)層壓力的持續(xù)積累，微震事件并沒有馬上減弱，在井口壓力消散前產(chǎn)生了3.4級的微震，整個(gè)激發(fā)過程用水11000 m³。

澳大利亞庫珀盆地

澳大利亞庫珀盆地具備大量放射性的元古代花崗巖，勘察結(jié)果顯示，該地區(qū)熱能儲(chǔ)量高達(dá)500億桶原油當(dāng)量。由于庫珀盆地處于極高的壓應(yīng)力機(jī)制，需要很高的井口注入壓力激發(fā)裂隙，這使其有別于其他干熱巖激發(fā)工程而成為世界EGS儲(chǔ)層激發(fā)的重要組成部分。澳大利亞庫珀盆地成功激發(fā)了Habanero1和Jolokia2兩個(gè)地?zé)峋瓾abanero1激發(fā)持續(xù)時(shí)間為9 d，注入水量超過20000 m³，最大注入流量為48 L/s，最大井口壓力為75 MPa。由于很高的注入壓力，誘發(fā)了3.7級微震，是為止世界EGS工程所誘發(fā)的最大的地震事件。Jolokia2儲(chǔ)層改造結(jié)果還未公布。

德國Gross-Schoenebeck

2007年，德國在東北部盆地區(qū)開展了對井EGS激發(fā)工程，該地區(qū)處于正斷層以及走滑斷層應(yīng)力機(jī)制，與法國Soultz工程極為相似。但與其他EGS工程不同的是，為減小激發(fā)過程中裂隙面所產(chǎn)生的阻力，在壓裂液中添加了化學(xué)物質(zhì)。主要添加物包括降低裂隙面摩擦的化學(xué)物、醋酸、低濃度砂粒等。激發(fā)過程中的最大注入流量達(dá)到150 L/s，最大井口壓力為58.6 MPa，大流量的好處是可以控制流體黏度過低對支撐劑運(yùn)行距離的影響，從而達(dá)到理想的裂隙面填充效果。裂隙變形持續(xù)了4.4 d，整個(gè)過程注入量達(dá)到13000 m³。該工程的激發(fā)由于添加了過多的化學(xué)物質(zhì)，與國際上公認(rèn)的EGS清水壓裂相違背，因此，其壓裂效果不能作為中國干熱巖開發(fā)示范工程的有效參考。

德國蘭道

位于德國蘭道的EGS工程同樣由一組對井組成，分別為GTLA1和GTLA2，正處于發(fā)電中。該井最初的鉆探目標(biāo)是尋找一個(gè)已知存在的斷裂帶，GTLA1水量很大，并不需要激發(fā)，而GTLA2相對較差，因此試圖通過注入高速流體來擴(kuò)大儲(chǔ)層增加產(chǎn)能。

由于儲(chǔ)層本身的滲透性很好，因此進(jìn)行高流量的注入來激發(fā)更多裂隙是非常必要的。整個(gè)激發(fā)過程注入水量約為5000 m³，注入最高流量達(dá)187 L/s，井口壓力為13 MPa。德國蘭道在EGS 儲(chǔ)層激發(fā)上是成功的，實(shí)現(xiàn)了儲(chǔ)層增產(chǎn)的目的。

法國蘇爾茨

在20多年的研究中，法國蘇爾茨是世界上公認(rèn)的儲(chǔ)層激發(fā)效果最好的EGS工程。整個(gè)系統(tǒng)包括：200℃的EGS熱儲(chǔ)層、一口注入井、兩口生產(chǎn)井，井下泵以及1.5 MW的雙工質(zhì)發(fā)電機(jī)組。在激發(fā)GPK2井時(shí)，大約23000 m³的水在6 d多的時(shí)間注入井中，最大誘發(fā)微震等級為2.5，最大注入流量為50 L/s，伴隨的最大井口壓力為14.5 MPa。最終的注入率提高了25倍，從天然狀態(tài)的0.18 L（/s·MPa）提高到激發(fā)后的4.48 L（/s·MPa），導(dǎo)致了中等規(guī)模裂隙網(wǎng)絡(luò)的連通。與此相反，對 GPK3 井的激發(fā)持續(xù) 10.6 d，注入水量38000 m³，所誘發(fā)的最大地震2.9級。激發(fā)過程中最大的注入流量50 L/s，最大井口壓力16 MPa，最終注入量增大了1.5~3倍，由開始的2.01~3.48 L（/s·MPa）增大到5.31 L（/s·MPa）。盡管井口流量和壓力與GPK2井相類似，而滲透性的增長卻

不是十分明顯，監(jiān)測結(jié)果顯示70%的水量進(jìn)入了一個(gè)已有4705 m的裂隙帶。

EGS儲(chǔ)層的激發(fā)與石油、天然氣中的壓裂有很多相似之處，其目的均是通過在巖體中高壓注水提高儲(chǔ)層滲透性，從而達(dá)到最大限度采油或提熱的目的。然而，兩者在壓裂原理上有著本質(zhì)不同，EGS的激發(fā)是水力剪切破壞，有別于石油、頁巖氣開發(fā)中的拉伸破壞 。

水力剪切是通過使巖體發(fā)生彼此間位移后，由于裂隙面表面粗糙度的作用在激發(fā)壓力釋放后仍然維持裂隙面的張開。水力壓裂則不同，巖體不會(huì)形成彼此滑動(dòng)，因此，在注水壓力下降后，裂隙面會(huì)重新閉合，這也是在石油和天然氣的壓裂中需要通過支撐劑來維持裂隙面張開的原因。

對于干熱巖熱量提取而言，剪切破壞的優(yōu)點(diǎn)在于使巖體形成的裂隙面足夠大而隙寬維持較小，流體在裂隙面中穿過時(shí)流速不會(huì)過快，這樣就可以使流體從注入井到生產(chǎn)井流動(dòng)過程中充分地與儲(chǔ)層換熱達(dá)到理想的開發(fā)溫度，同時(shí)，也可以通過減少短路循環(huán)和過早形成熱突破而延長儲(chǔ)層壽命。

為了創(chuàng)建最佳裂隙面大小、隙寬、密度和方向的裂隙網(wǎng)絡(luò)，在單井中的水力剪切通常需要進(jìn)行多級壓裂，多級激發(fā)的優(yōu)點(diǎn)有：

1）創(chuàng)建更大的儲(chǔ)層體積，大大增加儲(chǔ)層有效的換熱面積；

2）增加系統(tǒng)的滲透性和連通性，從而提高流體產(chǎn)能和降低注入壓力，提高系統(tǒng)的綜合經(jīng)濟(jì)性和發(fā)電性能；

3）單井流量達(dá)到可提供商業(yè)化發(fā)電的流量75 kg/s（大約1200 g/m）；

4）使裂隙網(wǎng)絡(luò)半徑達(dá)到500 m以上，大大延長儲(chǔ)層壽命。

干熱巖儲(chǔ)層的激發(fā)是指通過向儲(chǔ)層注入高壓流體使熱儲(chǔ)原有裂隙擴(kuò)展沿伸從而達(dá)到增大儲(chǔ)層換熱性能的目的。儲(chǔ)層的激發(fā)并不是干熱巖資源開發(fā)工程的最終目的，如何通過儲(chǔ)層激發(fā)達(dá)到理想的熱提取效果才是干熱巖工程的關(guān)鍵。因此從這個(gè)角度而言，干熱巖資源儲(chǔ)層的開發(fā)包括儲(chǔ)層的表征、儲(chǔ)層的激發(fā)和儲(chǔ)層的管理3個(gè)關(guān)鍵步驟。

1）儲(chǔ)層的表征是認(rèn)識熱儲(chǔ)原有裂隙系統(tǒng)和滲流系統(tǒng)的過程，與傳統(tǒng)水熱系統(tǒng)的研究類似，很多鉆探、物探、測井技術(shù)在這方面能夠發(fā)揮重要作用，國際上使用較多的為鉆孔成像和微震監(jiān)測，前者可以獲取一維準(zhǔn)確的鉆孔裂隙參數(shù)，后者通過微震解譯可以獲取激發(fā)過程中產(chǎn)生的三維裂隙空間信息。

2）儲(chǔ)層的激發(fā)則是干熱巖工程所特有，關(guān)鍵技術(shù)包括創(chuàng)建新的裂隙通道和滲流途徑、有效滲流通道的解釋，儲(chǔ)存封隔等 。

3）儲(chǔ)層的管理需要對儲(chǔ)層有足夠的認(rèn)識基礎(chǔ)上，通過對壓力、流量等參數(shù)的控制使熱儲(chǔ)能夠達(dá)到長期熱提取的目的。EGS系統(tǒng)屬于人造熱儲(chǔ)系統(tǒng)，因此儲(chǔ)層的管理是系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵。相關(guān)技術(shù)包括裂隙通道及滲流途徑的控制、運(yùn)行過程中滲流監(jiān)測、開采井鉆探以及實(shí)施模擬預(yù)測等。

，中國還未開展過具體的干熱巖壓裂工程，中國科學(xué)院廣州能源所、吉林大學(xué)等在深部熱儲(chǔ)模擬上做了深入研究，提出了耦合THMC的裂隙換熱模型。隨著頁巖氣水力壓裂的開展，中國陸續(xù)在個(gè)別深井開展了多級壓裂、清水壓裂、同步壓裂、水力噴射壓裂和重復(fù)壓裂等壓裂工藝。干熱巖的壓裂通常采用清水壓裂，與頁巖氣開發(fā)中壓裂最大的不同在于地層巖性，干熱巖的壓裂一般為堅(jiān)硬的結(jié)晶巖體，干熱巖壓裂可以從頁巖氣水力壓裂中得到啟發(fā)。

我國干熱巖資源特征

我國干熱巖地?zé)豳Y源開發(fā)潛力巨大，最新的計(jì)算結(jié)果表明，中國大陸（3-10Km） 深度干熱巖地?zé)豳Y源總量為20.9*10⁶EJ, 合719*10¹²t標(biāo)準(zhǔn)煤.若按2%的可開發(fā)資源量計(jì)算,是傳統(tǒng)水熱型地?zé)豳Y源量的168倍，相當(dāng)于中國

2010年全年能源消耗總量的4400倍；中國處于全球歐亞板塊的東南邊緣，在東部和南部分別與太平洋板塊和印度洋板塊連接!是地?zé)豳Y源較豐富的國家之一。東南沿海受菲律賓板塊碰撞擠壓，在臺灣、海南和東南沿海形成一個(gè)高地溫梯度區(qū))東部受太平洋板塊擠壓，形成長白山、五大連池等休眠火山或火山噴發(fā)區(qū)和京津$膠東半島等高地溫梯度區(qū)。這些熱異常區(qū)存在著豐富的高溫地?zé)豳Y源，是干熱巖地?zé)豳Y源的優(yōu)先開發(fā)區(qū)域。

美國干熱巖資源特征

根據(jù)地質(zhì)環(huán)境以及其他數(shù)據(jù)的綜合研究顯示，美國有24個(gè)潛在的可供參考的開發(fā)干熱巖的地區(qū)。研究發(fā)現(xiàn)，

資源多出現(xiàn)在地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育的地帶!根據(jù)這些有潛力地區(qū)的巖層和推斷的熱源進(jìn)行分類。其中新墨西哥州的芬頓山被認(rèn)為是干熱巖比較理想的區(qū)域!并對其進(jìn)行了詳細(xì)研究。除此之外還有 其 他 三 個(gè) 具 有 前 瞻 性 價(jià) 值 的 地 方：加 州湖地區(qū)、猶他州羅斯福溫泉區(qū)!新罕布什爾州 懷 特 山 脈 地 區(qū)。這 些 地 區(qū) 都 是 因 為 在干熱巖開發(fā)利用中有著顯著不同的地質(zhì)和地球物理特征!并且?guī)r石儲(chǔ)層結(jié)構(gòu)和儲(chǔ)層溫度方面也特別適宜干熱巖資源的開發(fā)利用。

干熱巖蘊(yùn)藏著巨大的熱能，是世界發(fā)達(dá)國家積極開發(fā)的重要資源之一。增強(qiáng)型地?zé)嵯到y(tǒng)是在干熱巖技術(shù)基礎(chǔ)上提出的，經(jīng)歷了40余年的研究。綜述了世界干熱巖的研究的發(fā)展歷程、示范工程中失敗和成功的經(jīng)驗(yàn)，論述了開發(fā)過程中關(guān)鍵科學(xué)技術(shù)的重要成就和不足之處，展望了高溫地?zé)豳Y源開發(fā)的技術(shù)發(fā)展方向及資源利用前景。

在闡述干熱巖資源賦存的指標(biāo)參數(shù)的基礎(chǔ)上，通過國內(nèi)外已發(fā)現(xiàn)干熱巖資源的成因模式分析，結(jié)合中國地殼結(jié)構(gòu)背景，將中國干熱巖資源的賦存類型分為高放射性產(chǎn)熱型、沉積盆地型、近代火山型和強(qiáng)烈構(gòu)造活動(dòng)帶型干熱巖資源。比較了不同類型干熱巖資源的成因機(jī)制及差別，提出干熱巖資源賦存的有利前景區(qū)。

干熱巖作為清潔可再生能源，在中國分布廣泛。初步估算，10 km可開發(fā)利用的干熱巖資源占地?zé)豳Y源總量的90%，經(jīng)濟(jì)地獲取深部干熱巖資源成為迫切任務(wù)。干熱巖資源開發(fā)最關(guān)鍵的技術(shù)是儲(chǔ)層建造，為滿足商業(yè)化開發(fā)的目的，激發(fā)后儲(chǔ)層必須達(dá)到一定體積的有效換熱空間，同時(shí)開采井應(yīng)滿足理想的開采流量及保證較長的開采年限。本文總結(jié)國際干熱巖工程的儲(chǔ)層激發(fā)情況及相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)。

干熱巖作為清潔的可再生能源是地?zé)崮苤凶罹邼摿Φ牟糠?，是地?zé)崮艿奈磥?。從分布上來講，干熱巖資源和淺層地溫能一樣，屬于無處不在的資源，然而，干熱巖與淺層地溫能相比受氣候等外界條件影響更??；從資源品質(zhì)來講，干熱巖資源主要用于發(fā)電，能解決國家能源根本需求，資源基數(shù)更大。因此干熱巖也被稱作可能改變未來的新能源，干熱巖發(fā)電為中國地?zé)崮芾玫拈L期目標(biāo) 。

中國干熱巖資源潛力巨大，中國地質(zhì)調(diào)查局評價(jià)了中國陸區(qū)干熱巖資源潛力，中國陸區(qū)3.0～10.0 km深處干熱巖資源總量為2.52×10²⁵J，相當(dāng)于860萬億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，按2%的可開采資源量計(jì)算，相當(dāng)于中國2010年能源消耗總量的5300倍。

干熱巖開發(fā)的具體工程技術(shù)稱為EGS（enhanced geother?mal system）。對于建造EGS而言，最關(guān)鍵的技術(shù)就是儲(chǔ)層的激發(fā)，國際上普遍認(rèn)為理想經(jīng)濟(jì)的EGS系統(tǒng)，激發(fā)儲(chǔ)層體積應(yīng)達(dá)到0.1 km³，有效熱交換面積應(yīng)達(dá)到100萬m²。而言，國際上很多EGS工程儲(chǔ)層激發(fā)體積已能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過0.1 km³的目標(biāo)，而熱儲(chǔ)有效換熱面積距離商業(yè)化的要求還有一定的差距，主要原因在于激發(fā)過程中對裂隙系統(tǒng)的控制還不夠理想。

干熱巖是地球內(nèi)部熱能的一種賦存介質(zhì)，是一種國際公認(rèn)的清潔能源。通俗來講，干熱巖資源就是存在于巖石中的熱量，具有資源量大、分布廣、可持續(xù)利用時(shí)間長等特點(diǎn)，是未來地?zé)豳Y源開發(fā)利用的重要方向。

干熱巖是指一種沒有水或蒸汽的熱巖體，主要是各種變質(zhì)巖或結(jié)晶巖類巖體。干熱巖埋藏于距地下2000～6000m 的深處，溫度為150～650℃。美國人莫頓和史密斯于1970 年提出利用地下干熱巖體發(fā)電的設(shè)想。1972 年，他們在新墨西哥州北部打了2 口約4000m 的深斜井，從一口井中將冷水注入到干熱巖體， 從另一口井取出由巖體加熱產(chǎn)生的蒸汽，功率達(dá)2300kW。進(jìn)行干熱巖發(fā)電研究的還有日本、英國、法國、德國和俄羅斯，但迄今尚無大規(guī)模應(yīng)用。干熱巖發(fā)電系統(tǒng)較干蒸汽發(fā)電系統(tǒng)的蒸汽溫度更高。美國洛斯-阿拉斯國家實(shí)驗(yàn)室在實(shí)驗(yàn)基地鉆2 口井，其深度約為3000m，溫度約為200℃，1977 年首次進(jìn)行了循環(huán)實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了這一方案的可行性。自1985 年以來，日本新能源和產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NFDO）在山形縣某試驗(yàn)場實(shí)施了干熱巖工程。到1991 年，通過3 個(gè)1800m 深的生產(chǎn)井和1 個(gè)回灌井提取熱量。世界上每年獲取的干熱巖能量約為255 TWh，相當(dāng)于430 萬桶原油。首先鉆一口注入井，并進(jìn)行壓裂，形成裂縫破碎帶，再鉆一口橫穿該裂縫破碎帶的生產(chǎn)井，然后將高壓水從加壓井向下泵入，橫穿蓄水池，水流過熱巖中的人工裂隙而過熱（水、汽溫度可達(dá)150～200℃），并從生產(chǎn)井泵上來。發(fā)電后的冷卻水再次通過高壓泵注入地下熱交換系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)利用。干熱巖發(fā)電的整個(gè)過程都是在一個(gè)封閉的系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行，即沒有硫化物等有毒、有害物質(zhì)或堵塞管道的物質(zhì)，也無任何環(huán)境污染，其采熱的關(guān)鍵技術(shù)是在不滲透的干熱巖體內(nèi)形成熱交換系統(tǒng)。干熱巖蘊(yùn)藏的熱能十分豐富，比蒸汽型、熱水型和地壓型地?zé)豳Y源大得多，比煤炭、石油、天然氣蘊(yùn)藏的總能量還要大。地下熱巖的能量能被自然泉水帶出的幾率僅有1%，而99%的熱巖是干熱巖，沒有與水共存，因此，干熱巖發(fā)電的潛力很大。在正常地溫梯度地區(qū)（3℃/100m），采用常規(guī)技術(shù)，發(fā)電成本達(dá)23 美分/kW.h，但如果采用線性先進(jìn)鉆井技術(shù)，發(fā)電成本可降低到6 美分/kW.h，而我國大慶地區(qū)地溫梯度達(dá)到4℃/100m 以上，發(fā)電成本將更低。如果考慮中國鉆井成本低于美國，則發(fā)電成本更低。

利用干熱巖發(fā)電與傳統(tǒng)的熱電站發(fā)電的區(qū)別主要是采熱方式不同。干熱巖地?zé)岚l(fā)電的流程為:注入井將低溫水輸入熱儲(chǔ)水庫中, 經(jīng)過高溫巖體加熱后, 在臨界狀態(tài)下以高溫水、汽的形式通過生產(chǎn)井回收發(fā)電。發(fā)電后將冷卻水排至注入井中, 重新循環(huán), 反復(fù)利用。在此閉合回流系統(tǒng)中不排放廢水、廢物、廢氣,對環(huán)境沒有影響。

天然的干熱巖沒有熱儲(chǔ)水庫, 需在巖體內(nèi)部形成網(wǎng)裂縫, 以使注入的冷水能夠被干熱巖體加熱形成一定容量的人工熱儲(chǔ)水庫。人工網(wǎng)裂縫熱儲(chǔ)水庫可采用水壓法、化學(xué)法或定向微爆法形成。其中, 水壓法應(yīng)用最廣, 它是向注水井高壓注入低溫水, 然后經(jīng)過干熱巖加熱產(chǎn)生非常高的壓力。在巖體致密無裂隙的情況下, 高壓水會(huì)使巖體在垂直最小地應(yīng)力方向上產(chǎn)生許多裂縫。若巖體中本來就有少量天然節(jié)理, 則高壓水會(huì)先向天然節(jié)理中運(yùn)移, 形成更大的裂縫, 其裂縫方向受地應(yīng)力系統(tǒng)的影響。隨著低溫水的不斷注入, 裂縫持續(xù)增加、擴(kuò)大, 并相互連通, 最終形成面狀的人工熱儲(chǔ)水庫, 而其外圍仍然保持原來的狀態(tài)。由于人工熱儲(chǔ)水庫在地面以下, 可利用微震監(jiān)測系統(tǒng)、化學(xué)示蹤劑、聲發(fā)射測量等方法監(jiān)測, 并反演出人工熱儲(chǔ)水庫構(gòu)造的空間三維分布。

從生產(chǎn)井提取到高溫水、蒸汽等中間介質(zhì)后, 即可采用常規(guī)地?zé)岚l(fā)電的方式發(fā)電, 包括直接蒸汽法、擴(kuò)容法以及中間介質(zhì)法等。由于直接蒸汽法要求從井下取出高溫蒸汽, 效率較低, 因此應(yīng)用較少。擴(kuò)容法是將生產(chǎn)井中的熱水先輸送至擴(kuò)容器, 通過減壓擴(kuò)容產(chǎn)生的蒸汽推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。我國西藏羊八井地?zé)犭娬炯磳贁U(kuò)容法地?zé)岚l(fā)電。目前研究較多的是應(yīng)用中間介質(zhì)法地?zé)岚l(fā)電, 例如有機(jī)蘭金循環(huán)和卡里納循環(huán)等。蒸發(fā)器是中間介質(zhì)法干熱巖發(fā)電的關(guān)鍵設(shè)備, 地?zé)崴ㄟ^蒸發(fā)器把低沸點(diǎn)物質(zhì)加熱, 使其產(chǎn)生高壓蒸汽并通過汽輪機(jī)發(fā)電, 做完功的排氣在冷凝器中被還原成液態(tài)低沸點(diǎn)物質(zhì)。

美國洛斯·阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室（LNAL）于1977年在該地進(jìn)行了干熱巖型地?zé)醿?chǔ)試驗(yàn)，論證了由干熱巖提取地?zé)崮艿目尚行浴Ｔ囼?yàn)表明：①循環(huán)水水質(zhì)良好；②水量損耗隨時(shí)間的推移而逐漸減??；③未檢測到對周圍環(huán)境的不良影響。為進(jìn)一步淪證利用干熱巖型地?zé)豳Y源進(jìn)行商業(yè)運(yùn)作的可行性，在20世紀(jì)80年代中期，在芬頓山又建立起一處新的干熱巖型地?zé)醿?chǔ)，其深度為3680米，巖石溫度達(dá)238℃。經(jīng)過30天的抽水試驗(yàn)，供水量達(dá)50米^3/時(shí)，水溫200℃，熱功率達(dá)10兆瓦。已在此地建造了一座干熱巖地?zé)犭娬灸M商業(yè)發(fā)電，成為世界上干熱巖型地?zé)豳Y源試驗(yàn)性開發(fā)利用的首例。