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       美国有将近2/3的石油资源来自PDC钻头钻探的油井，这种金刚石聚晶复合片钻头发明于30多年前，用来降低地热钻井的成本。近日，Sandia结合油气勘探行业近年来的最新技术发展来展示地热钻头是如何利用PDC技术工作的。

        作为美国巧克力山地热资源评估的项目之一，Sandia和美国海军地热项目办公室（USN GPO）主持了一期示范试验。         Sandia在地热研究和钻头技术发展方面有着三十多年的工作经验，他曾经领导主持了地热勘探用PDC钻头的研发。该项研发工作主要包括钻头材料、实验设计、数据搜集等；为后来的钻头行业发展打下了基础。近日，Sandia获得美国恢复和再投资法案基金赞助，用来研究如何进一步改善PDC钻头，使之高效地在坚硬基底岩石层中勘探更深、更热的地热资源。

        研究者David Raymond说，由于油气勘探开发的难度比地热钻探难度小，PDC钻头起初都是用来钻探石油和天然气。油气资源的钻探地质环境通常是一些质地疏松，结构较为完整的岩层，这种地质结构一般不需要液体循环技术来清除岩石碎屑，也不必过多考虑钻头冷却降温的问题。

        但随着油气资源更深层的钻探开发，钻探就不可避免地遇到了跟地热钻探过程中类似的一些问题：钻探地层越深，岩石越坚硬，岩石碎屑也就越多，而地下温度也越来越高。

        Raymond解释，地热资源所在地层往往由火成岩、变质岩构成，这种岩石远比油气资源地层的沉积岩坚硬许多。而且，火成岩和变质岩富含石英，像石英这样的磨料又往往对钻头的磨耗和钻头工作时的振抖产生很大影响。这些以破碎形态存在的岩石，会改变钻头的冲击载荷并对钻头产生很大的损坏。

        现阶段，地热钻探就成本而言仍然是一项亟待改善的技术攻关难题，Raymond补充道，钻头必须钻破坚硬的岩石，还要承受高温高压。美国能源部的未来规划就是通过钻头技术的改善，力争达到30000英尺的钻深深度，以获取更多的地热资源。

        在经济风险方面，地热钻探的前景也不容乐观。美国每年都有数量众多的油气井田被开发，丰富的井田开发资源能够为油气钻探用钻头的研发和改善提供很大的发展空间。而地热钻探行业的发展却一直步履维艰，每年开发的地热井田寥寥无几，配套设施和相应钻头的研发成本高，技术难度大；每开发一个地热井田就意味着一次很可能收不回成本的风险。

        Sandia的项目在比利玛沁营矿区进行，该矿区的岩石构成为花岗岩和安山岩，都是地热钻探中常遇到的岩层类型。该项目的一个关键要素就是在一个真实的钻探工作环境中测试评估PDC钻头和相应技术。         参与项目合作的有美国PDC钻头生产商NOV，NOV提供现场专家为钻井承包商提供技术支持和解决办法。此外，钻井承包商Barbour公司也参与了项目。

        实地试验中，两个PDC钻头在一个3000英尺深的井田中钻探了1291英尺，每小时钻深30英尺，钻深速度是对照组中牙轮钻头速度的三倍；两个钻头仅四天时间就被磨耗坏了。

        在未来的二期研究项目中，Sandia将继续和NOV合作，研究钻头的工作性能并进一步改善钻头的设计和构成材料。该项目得到了美国恢复和再投资法案的支持赞助，由能源部EGS钻探系统技术发展和实地实验项目组领导监管。（编译自"Polycrystalline diamond drill bits open up options for geothermal energy"；翻译：王现）