美國有將近2/3的石油資源來自PDC鉆頭鉆探的油井，這種金剛石聚晶復合片鉆頭發明于30多年前，用來降低地熱鉆井的成本。近日，Sandia結合油氣勘探行業近年來的最新技術發展來展示地熱鉆頭是如何利用PDC技術工作的。

        作為美國巧克力山地熱資源評估的項目之一，Sandia和美國海軍地熱項目辦公室（USN GPO）主持了一期示范試驗。         Sandia在地熱研究和鉆頭技術發展方面有著三十多年的工作經驗，他曾經領導主持了地熱勘探用PDC鉆頭的研發。該項研發工作主要包括鉆頭材料、實驗設計、數據搜集等；為后來的鉆頭行業發展打下了基礎。近日，Sandia獲得美國恢復和再投資法案基金贊助，用來研究如何進一步改善PDC鉆頭，使之高效地在堅硬基底巖石層中勘探更深、更熱的地熱資源。

        研究者David Raymond說，由于油氣勘探開發的難度比地熱鉆探難度小，PDC鉆頭起初都是用來鉆探石油和天然氣。油氣資源的鉆探地質環境通常是一些質地疏松，結構較為完整的巖層，這種地質結構一般不需要液體循環技術來清除巖石碎屑，也不必過多考慮鉆頭冷卻降溫的問題。

        但隨著油氣資源更深層的鉆探開發，鉆探就不可避免地遇到了跟地熱鉆探過程中類似的一些問題：鉆探地層越深，巖石越堅硬，巖石碎屑也就越多，而地下溫度也越來越高。

        Raymond解釋，地熱資源所在地層往往由火成巖、變質巖構成，這種巖石遠比油氣資源地層的沉積巖堅硬許多。而且，火成巖和變質巖富含石英，像石英這樣的磨料又往往對鉆頭的磨耗和鉆頭工作時的振抖產生很大影響。這些以破碎形態存在的巖石，會改變鉆頭的沖擊載荷并對鉆頭產生很大的損壞。

        現階段，地熱鉆探就成本而言仍然是一項亟待改善的技術攻關難題，Raymond補充道，鉆頭必須鉆破堅硬的巖石，還要承受高溫高壓。美國能源部的未來規劃就是通過鉆頭技術的改善，力爭達到30000英尺的鉆深深度，以獲取更多的地熱資源。

        在經濟風險方面，地熱鉆探的前景也不容樂觀。美國每年都有數量眾多的油氣井田被開發，豐富的井田開發資源能夠為油氣鉆探用鉆頭的研發和改善提供很大的發展空間。而地熱鉆探行業的發展卻一直步履維艱，每年開發的地熱井田寥寥無幾，配套設施和相應鉆頭的研發成本高，技術難度大；每開發一個地熱井田就意味著一次很可能收不回成本的風險。

        Sandia的項目在比利瑪沁營礦區進行，該礦區的巖石構成為花崗巖和安山巖，都是地熱鉆探中常遇到的巖層類型。該項目的一個關鍵要素就是在一個真實的鉆探工作環境中測試評估PDC鉆頭和相應技術。         參與項目合作的有美國PDC鉆頭生產商NOV，NOV提供現場專家為鉆井承包商提供技術支持和解決辦法。此外，鉆井承包商Barbour公司也參與了項目。

        實地試驗中，兩個PDC鉆頭在一個3000英尺深的井田中鉆探了1291英尺，每小時鉆深30英尺，鉆深速度是對照組中牙輪鉆頭速度的三倍；兩個鉆頭僅四天時間就被磨耗壞了。

        在未來的二期研究項目中，Sandia將繼續和NOV合作，研究鉆頭的工作性能并進一步改善鉆頭的設計和構成材料。該項目得到了美國恢復和再投資法案的支持贊助，由能源部EGS鉆探系統技術發展和實地實驗項目組領導監管。（編譯自"Polycrystalline diamond drill bits open up options for geothermal energy"；翻譯：王現）