中国科学院地质与地球物理研究所副研究员 李义曼

中国石油大学（北京） 研究员 史怀忠

中国石化石油物探技术研究院党委组织部部长 肖鹏飞

中国石化石油工程 技术研究院专家 张旭东

    华南火成岩地区地热资源研究在理论和实践上存在哪些挑战？福深热1井的最终场址是如何确定的？

    华南火成岩地区地理上涵盖了福建、广东及海南三省，区内地热资源非常丰富，但以往研究主要针对3000米以浅的资源。近年来，区内实施了多个干热岩科研探井（阳江新洲千米钻井、福建漳州干热1井、广东惠州惠热1井等），但测温结果显示4000米深度不超过130摄氏度，所以对研究区深层（3000 ~5000米）是否发育高温地热资源，包括其类型、空间分布和控制因素的认识还不清楚。这主要涉及两个难点：一是壳内（特别是中上地壳）是否发育熔融体或岩浆房类附加热源？二是什么样的地热地质条件有利于形成高温地热资源？针对第一个难点，我们基于研究区重力、航磁、地温场等信息，选择重点区块开展大地电磁探测及多物理场联合反演、构造热演化模拟和热储温度评价，提出了琼北地区深层具备发育高温地热资源的基础热源条件。针对第二个难点，我们则选择从地热系统关键要素中的储层和盖层入手。高品质地热资源的形成通常需要一个好的储盖组合，即温度高、渗透性好的储层及能起到隔热作用的盖层。盖层就像是给储层盖了床棉被一样，隔热效果越好，越有利于热量的聚集。区内大规模沉积盆地中更容易有好的盖层，如三水盆地、雷琼地区所属的北部湾盆地陆区等，中新生界中的泥岩层就是非常好的盖层，累计厚度可达3000米以上，对热量的聚集起到了很好的作用。

    基于以上两个重要认识，结合后续的开发利用前景等，我们将福深热1井的场址定位在琼北地区，构造上属于北部湾盆地陆区的福山凹陷，具体的井位选择则依托综合物化探技术的应用。福深热1井的成功实施，以及在3000~5200米深度范围获取的温度和储层数据，也佐证了我们的研究成果。

    福深热1井在钻探过程中遇到了哪些难点？为确保高效成井采取了哪些措施？

    福深热1井高效成井的主要难题有两个：一是该井是一口风险探井，没有邻井参考资料和深部物探数据，全井60%的进尺在未知地层钻进，井身结构设计和钻井参数优化难度大，塌、漏、卡等井下风险预测和防护难度大；二是该井是我国最深的深层地热井，高温和高硬地层钻井效率低，工具、仪器设备、井筒流体的功能和寿命难以满足安全高效的钻井需求。

    我们通过技术攻关，形成了基于高温岩石力学参数求取的深层地热井优化设计方法，评价了坍塌和破裂风险，选取了必封层位，优化构建了考虑水热和干热结合的探采一体“导管+三开次”逐级悬挂井身结构，并采用“井场数据→云计算→远程决策中心→现场支持→钻井施工”的技术支持与决策模式，依托中国石化石油工程技术研究院OptDrilling优化钻井软件和PEAdviser远程决策支持系统，实现了风险探井钻井参数优化闭环持续优化，以及实时钻井风险的识别与防护。

    针对深层高温花岗岩，中国石油大学（北京）高压水射流钻井与完井创新团队研发了新型轴扭耦合冲击螺杆和个性化混合布齿PDC钻头，突破了PDC钻头在深层高温花岗岩破岩领域的禁区，形成了全花岗岩层段PDC钻头钻进工艺，有效保证了钻井效率和井下安全。全井采用了我国完全自主研发的抗温200摄氏度高温环保井筒工作液体系、耐高温井筒悬挂器、耐高温防衰退水泥浆体系、随钻井下测量仪器、取芯工具等，成功实现了深部地热开发钻井技术关键工具与材料的全面国产化应用，有力保障了我国最深干热岩井钻探成功。

    在华南火成岩深层地热资源勘探过程中应用了哪些先进的物探技术，起到了什么作用？

    深层地热资源勘探难度大，可借鉴的案例很少。当前，对华南火成岩深层地热资源富集规律、成因机制及优质资源分布情况认识不足，开发利用面临巨大挑战，需要我们摸清地热资源分布、富集和品质等信息，才能有效提升地热资源开发的成功率和经济性。

    高效勘探，物探先行。石油物探技术研究院充分发挥物探领域技术优势，聚焦深层超深层地热勘探中的物探关键问题，紧密联系中南大学、山东大学等各方力量，联合开展研究工作，完成了研究区大量重磁电、广域电磁、地震等数据处理与综合解释，以及针对性的岩石物理、地球化学实验分析，为项目提供了坚实的数据基础。我们创新研发了智能化重磁反演与岩性解释技术、地震数据成像特色技术、电磁信号高信噪比采集技术等，明确了华南火成岩区深层地热探测机理及识别模式，建立了华南深层热储表征的物化探综合技术体系，支撑了该地区深层地热选区评价与钻井部署，并持续跟踪钻井过程，为地热高效勘探提供技术支撑和保障。

    如何安全高效完成福深热1井的储层改造？技术上有哪些创新突破？

    福深热1井成功钻探至5200米，再次刷新了我国地热科学探井的最深纪录，并在多个地层获得地热资源，标志着华南地区深层地热勘探取得新突破。该井下一步计划通过高压水力压裂技术，对地热储层进行改造，以形成具有高效储水能力的人工储层，为后期地热开发利用创造有利条件。

    福深热1井目标储层是花岗岩，硬度高，叠加180摄氏度以上的高温，给安全高效储层改造带来了较大的挑战，主要表现在复杂缝网扩展与有效连通难以控制、大体积改造效果难以实现。我们通过热储改造理论创新、工程创新及评价方法创新，建立了火成岩地区深层热储改造与评价关键技术系列，揭示了“低排量、低黏度、低温冲击”的高温火成岩裂缝扩展机理，建立了基于地震预测的工程动态评价方法，并研发了抗高温达到180摄氏度的压裂液体系，综合考虑1000千瓦发电需求，最终形成了非均质热储体积改造技术，将研究成果进行示范应用，完成了福深热1井的压裂工程设计。这些成果对于探索形成适用于我国华南火成岩地区深层地热资源勘探开发的理论方法和关键技术体系，以及我国东南沿海高热流区地热资源勘探开发，具有重要意义。