全新钻井技术带来的能源或将永久取代化石燃料

Quaise Energy 在休斯顿郊外的一座全尺寸石油钻井平台上展示了其新的钻井技术，迈出了重要的一步。据首席执行官兼联合创始人卡洛斯·阿拉克 (Carlos Araque) 介绍，该公司成立仅七年，目前正致力于证明清洁、可再生的地热能源拥有为世界提供能源的潜力。

“地热能随处可见，而且规模巨大，”阿拉克说道。“如果把所有化石能源、核能和所有其他形式的可再生能源加起来，它们甚至还不到地表以下热能储量的百万分之一。” “这真是令人难以置信，而要获得它，我们只需要下潜两到十二英里。无论你身处世界何处，我们距离无限的清洁能源就这么近。”

5月21日，阿拉克在世界最大油气钻井公司之一纳博斯（Nabors）旗下的一座全尺寸石油钻井平台上首次公开演示了该公司的钻井技术。约50人出席了此次活动，其中包括记者、潜在投资者和Quaise的潜在客户。其中包括纳博斯首席财务官兼Quaise董事会成员威廉·雷斯特雷波（William Restrepo）以及美国能源部地热技术办公室主任劳伦·博伊德（Lauren Boyd）。

超热、超深

地热能——我们脚下的热量——存在已久，但它对当今整体能源供应的贡献却微乎其微。“这是因为真正的地热资源，也就是最重要的地热资源，并非唾手可得。开采地热超出了传统的石油和天然气开采手段的经济承受范围，”阿拉克说道。

Quaise Energy 首次在全尺寸石油钻井平台上演示其新型钻井技术的无人机图像。图片来源：Quaise Energy

最大的地热能源位于地球表面以下约两到十二英里（约3到12公里）深处。那里的岩石温度极高，如果将水泵送到那里，水就会变成超临界状态——一种大多数人不熟悉的类似蒸汽的状态。（人们更熟悉的状态包括液态水、冰和水蒸气。）超临界水的能量比普通热水高出五到十倍，如果能将其输送到地表并用于驱动涡轮机发电，它将是一种极其高效的能源。

目前，这些深层资源遥不可及，除非在冰岛等地势更接近地表的少数地区。主要的障碍在于钻探。传统的油气钻探无法承受地下数英里深处的极端温度和压力，成本会随着深度的增加而大幅上升。

Quaise 正在开发一种替代方法，用毫米波能量取代机械钻头，这种能量类似于厨房使用的微波炉。毫米波会融化岩石，然后使其蒸发，从而能够形成越来越深的钻孔。

稳步推进

阿拉克称，5月份在纳博斯设施进行的演示标志着Quaise钻井技术验证的最新进展，他称这是一项雄心勃勃的计划，旨在验证Quaise的钻井技术。他的长期愿景是创造一种能够与石油和天然气直接竞争的可再生能源。“我们并非一家为开发酷炫钻井设备而成立的公司。我们的目标是成为一家地热开发商。我们的产品不是钻头。我们的产品是清洁的热能和能源，在全球范围内丰富、可靠且价格合理。”阿拉克说道。

Quaise 钻探方法的核心概念是在麻省理工学院历时约 15 年开发出来的。那里的研究人员证明，毫米波可以穿透玄武岩，玄武岩与花岗岩一起构成了地下深层的大部分岩石类型。产生这些毫米波的回旋管装置并非新技术——它已在核聚变研究中使用了约 70 年。

在此基础上，Quaise 一直在改进技术，以达到更大的深度。在麻省理工学院，最初的钻孔只有 5 厘米宽和 5 厘米深。今年早些时候，Quaise 休斯顿工厂的工程师们钻了一个10 厘米宽、3 米深的钻孔。

在这段视频中，Quaise Energy 制造部门主管 Andres Calabressi 介绍了该公司在全尺寸石油钻井平台上首次演示的创新钻井技术。图片来源：Quaise Energy

Quaise 制造主管安德烈斯·卡拉布雷西 (Andres Calabressi) 主持了 Quaise 的演示，他用麦克风与现场工作人员沟通，以掩盖强大设备持续不断的轰鸣声。他解释说，从三月份开始，公司将直径约 9 英寸的花岗岩柱放入钻机下方一个常规钻孔中。这些柱子一起形成了一个约 80 英尺长的岩芯，位于一个金属套管内。套管配备了端口，用于监测热量和压力等参数，这些数据可以帮助团队测试最佳钻井方案。

随后，Quaise 的工程师们将毫米波技术与钻机整合在一起。在 5 月 21 日的演示中，他们将毫米波发射到花岗岩柱中，将一个直径 4 英寸的洞加深，而此前他们已经钻了 10 英尺深。（接下来的一周，该团队首次成功钻至 30 英尺深；此阶段工作的下一个目标是 40 英尺深。）

演示过程中，卡拉布雷西身旁摆放着三块大型平板屏幕，分别展示着不同维度的实验成果。一块屏幕追踪岩石温度等关键参数，另一块屏幕则播放毫米波融化岩石的特写视频。

阿拉克指出，此次演示“规模达到了原尺寸，但功率却并非如此”。其中的回旋加速器产生了100千瓦的功率。“这相当于商业化所需功率的十分之一，大致相当于你参加此次演示的汽车的功率。”

Quaise 预计将于下个月交付一台更大的回旋加速器，其功率可达 1 兆瓦。“这具有商业意义。我们的目标是在未来两年内将其投入使用，”阿拉克说。

与此同时，该公司正在为计划于7月在德克萨斯州马布尔福尔斯进行的另一次演示做准备。在那里，该团队的目标是首次在真实的花岗岩露头上钻出130米（约425英尺）深的多个孔。亨利·潘是Quaise的工程副总裁。他解释说，马布尔福尔斯的钻机体积更小，“这让我们在从一个孔移动到另一个孔时更加灵活。”

Quaise 还一直在应对与从超热超深岩石中获取能量相关的其他科学和工程挑战。Quaise 地热资源开发副总裁 Trenton Cladouhos 在休斯顿举行的北美地热转型峰会上进行演示的前一天，在一次演讲中介绍了其中的几个挑战以及解决这些挑战的进展。

Quaise Energy 制造主管 Andres Calabressi 主持了该公司在全尺寸石油钻井平台上首次演示其新型钻井技术。图片来源：Quaise Energy

克拉杜霍斯表示，Quaise 正在与供应商和大学合作，“推动他们考虑越来越高的温度”。例如，去年，洛桑联邦理工学院的一个团队报告了新的见解，探讨了当超热、超深岩石暴露于水时会发生什么，水最终会将岩石的热量传递到地表。这项研究由 Quaise 部分支持，发表在《自然通讯》杂志上。它证实了 Quaise 支持的早期建模工作。

此外，Cladouhos 指出，Quaise 有一位内部工程师一直致力于超高温地热发电厂的设计。今年早些时候，高级机械工程师 Daniel Dichter在两篇论文中报告了这方面的见解。

阿拉克在演示的最后，描述了该公司开发全球超热超深地热资源的蓝图。该蓝图根据地热梯度（即资源与地表的距离）将全球划分为三个层级。例如，第一层级将集中在相对易开采的超热岩层。这意味着第一座Quaise发电厂很可能位于美国西部，或许靠近俄勒冈州纽贝里火山口。纽贝里在地热勘探方面有着悠久的历史。

尽管距离目标还有一段距离，但三级地热场（需要钻探至地下12英里）“掌握着让超热地热成为真正全球能源的关键。三级地热场可以为超过90%的人类提供电力。”

阿拉克将 Quaise 为世界释放超热超深层能源的目标描述为“一项登月计划”。但它并非登月计划。致力于“开创这种清洁能源变革方法的人们，都曾从事过石油、天然气、核裂变和核聚变等领域的职业”，并且都拥有辉煌的成就。

例如，多位团队成员参与了Manara的发明和开发。Manara是斯伦贝谢开发的一种生产和油藏管理解决方案，旨在大幅提高复杂生产系统中的石油采收率。其中，Quaise团队成员拥有多项专利。

“因此我相信，只要我们共同努力，我们一定能够成功，”阿拉克总结道。

编译自/ScitechDaily