花岗岩是地球上最古老、分布最广的岩石之一,其形成年代可追溯至上亿年前。这类岩石中蕴藏着丰富的地热能,尤其是深层干热岩资源,温度可达150°C以上,通过钻采工程技术提取热能可转化为清洁电力。从花岗岩中高效、经济地获取能量面临多重技术挑战。
花岗岩硬度极高(莫氏硬度6-7级),常规钻头磨损严重。钻探数千米深的井眼需采用耐高温的PDC(聚晶金刚石复合片)钻头或涡轮钻具,并配合高压钻井液循环系统。例如,中国在青海共和盆地的干热岩项目中,钻井深度突破4000米,单井成本可达上亿元人民币。
岩体低渗透性制约能量提取。需通过水力压裂技术在井底制造人工裂缝网络,注入工作介质(如水或超临界CO₂)循环取热。但花岗岩天然节理发育不均,压裂定向控制难度大,易导致热交换效率不足。德国Landau地热电站曾因压裂诱发微震活动引发社会争议。
井下高温环境对设备可靠性提出极限要求。随深度增加,地温梯度可达30°C/公里,需研发耐200°C以上的井下仪器、抗腐蚀合金套管及智能完井系统。冰岛Deep Drilling Project曾使用二氧化硅基钻井液应对370°C井底温度。
尽管挑战艰巨,技术进步正持续突破瓶颈:
- 脉冲等离子体破岩技术可提高硬岩钻速40%;
- 分布式光纤传感系统实现裂缝网络三维监测;
- 增强型地热系统(EGS)将采热效率提升至20%以上。
据国际可再生能源机构预测,全球干热岩资源储量达5万艾焦(EJ),相当于2019年全球能源消费量的2000倍。随着定向钻井、纳米流体传热等技术的发展,花岗岩热能有望在2030年前实现商业化突破,为碳中和目标提供基底负载型清洁能源。钻采工程技术服务商需跨学科整合地质力学、材料科学与数字化技术,构建“地质-工程-经济”一体化解决方案,方能在亿年岩体中开启新能源纪元。