新的钻头使地热便宜

大约30年前，桑迪亚实验室（Sandia Labs）开发了用于地热钻探的多晶金刚石复合片（PDC）钻头。今天，我们使用的石油中有近三分之二来自使用（PDC）钻头钻的井。那就是技术误入歧途，有价值的东西，但仍然遗漏了最初的观点。现在，桑迪亚（Sandia）和美国海军最近将这项技术带回了一个完整的圈子，展示了地热钻探人员可能如何使用原始的PDC技术以及石油和天然气行业数十年来的改进。

与传统上用于地热钻探的钻头相比，钻头的切削面上的多晶金刚石紧凑型刀具可进行更具侵略性的钻探。PDC是通过烧结过程创建的。从钨卡宾枪切割面开始，应用石墨粉。整个材料组件在三个方向上以每平方英寸100万磅的压力压缩。当加热到转变温度时，石墨将a转化为1毫米合成金刚石层。

NOV Helios凿岩机

三十年前，桑迪亚（Sandia）在开发地热钻探PDC中发挥了重要作用。这项工作的重点是解决材料问题，设计实验室测试以及开发数据和设计规范，这些现已成为凿岩钻头行业的基础。桑迪亚（Sandia）有了新的资金来改善PDC钻头，这将通过在坚硬的地下岩层中钻探更深，更热的地热资源来增加美国大陆地热资源的获取。Sandia首席研究员David Raymond解释说，因为石油和天然气钻探通常不如地热钻井复杂； PDC首先用于钻探石油和天然气。他说：“石油和天然气钻探通常是在较软且破裂程度较小的岩石中进行的，从而减少了流体循环以清除碎屑和冷却钻头的问题，”“油气钻探通常也不涉及地热井表现出的更高温度。”

在过去的30年中，石油勘探业务发生了变化。该行业在遇到更困难的钻井条件的深层储层中寻找新的可持续资源，这与地热钻井中的资源类似。

雷蒙德说：“石油和天然气钻探现在必须更深入地下，进入更坚硬，有时甚至是破裂的岩石以及在更热的环境中。”

地热资源通常存在于火成岩和变质岩，坚硬，坚韧且难以渗透的基础行星地壳岩中。钻探大多数油气井的沉积岩是压缩的污垢，泥土和沙子。它们“更柔软，不那么坚韧，并且更容易渗透。

火成岩和变质岩中也可能含有大量的磨料，例如石英，会引起振动和加速磨损，从而损坏钻头。当切割面在扫掠时遇到不同的材料时，不同的阻力通常会在损坏频率下减慢并加快旋转速度。这些类型的岩石经常会破裂，这会改变钻头的冲击负荷并造成更大的破坏。裂缝或裂缝的缝隙会释放切削面压力，当该面再次进入新鲜材料时，会产生冲击，从而造成损坏。

雷蒙德说：“按每英尺成本计算，钻探地热能仍是最困难的钻探。您必须穿过最坚硬的岩石，有时要经受高温和高压。能源部对先进地热开发的愿景是钻探至30,000英尺的深处，以获取地热热量。”

花了三十年才恢复到地热的另一个因素是，每年钻探数万个石油和天然气井。这为行业提供了资源，并可以在研究和测试上进行大量投资，以提高在日益困难的条件下进行钻探的能力。

另一方面，地热进展缓慢得多。地热钻机操作员每年仅钻少量的新孔。这使每口井都面临着巨大的风险–因此，地热钻井服务行业发现支持创新既困难又昂贵。

桑迪亚/海军示范项目要求建立一个测试孔，以评估在比利·马亨营/热矿泉水库地表找不到的地热资源。巧克力山遗址的岩石包括花岗岩和安山岩，这是地热钻探过程中通常遇到的地层。

该示范项目的关键部分是在现实世界的钻井环境中测试和评估PDC钻头及相关技术。桑迪亚（Sandia）与休斯敦的PDC钻头制造商National Oilwell Varco（NOV）合作，为公司ReedHycalog PDC钻头找到了特定的解决方案。NOV提供了市售钻头和现场专家，以在示范钻探过程中为钻探承包商提供咨询。

桑迪亚与内华达州亨德森市的海军地热钻井承包商Barbour Well Inc.合作，在生产钻井过程中评估钻井技术。

桑迪亚还与Albuquerques Prime Core Systems和Barbour Well录井公司Prospect Geotech建立了合作伙伴关系，以现场仪器在钻井过程中监控Barbour钻机。

在测试中，两个钻头在3,000英尺的总井深中钻了1,291英尺。这两口钻头刚好在井中停留了四天，在整个钻探间隔中每小时穿透约30英尺。那几乎是用于比较的标准牙轮钻头的三倍。该团队从两个钻头中检索并下载了井下数据以进行分析。

在该计划的第二阶段中，桑迪亚将继续与NOV合作，以评估钻头性能并改善钻头设计和材料。

30年是漫长的等待。地热是一种几乎取之不尽的资源。到目前为止，地热在经济上似乎并不可行。必须付出一些，这必须是资本成本，其中很大一部分只是为了获取热量。技术必须以某种方式深入研究廉价产品。让桑迪亚重返工作岗位，并将石油行业带来的经验与他们对非常深入和非常热门的工作的新需求相结合，将为您提供帮助。

现在说PDC面板上的新工作是否可以降低到足够低的成本还为时过早，不过，每一次节省时间，材料和投入都会有所帮助。

还有很长的路要走。..

通过。布莱恩·韦斯滕豪斯

资源：地热钻探可能更容易