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地热:京津冀现实的绿色能源

2018年08月09日作者:查全衡来源:中国能源报

  京津冀地区是我国政治、经济和文化中心,千里沃土,人烟稠密。燕山耸立其北,太行山屏障其西,东南为渤海湾,构成了特殊的自然地理环境。每当大气圈宁静少风的时候,林立的烟囱,滚滚的车流,人类活动造成的烟雾尘埃难以扩散,频频生成雾霾。这里是我国打赢蓝天保卫战的重点战场。

  京津冀地区大部分位于著名的渤海湾盆地。由于地幔柱上拱,这个盆地是一个裂陥盆地,是一个“热盆地”。油气资源丰富,地热资源也十分丰富。人们很早就利用“温泉”洗浴和医疗。从上个世纪六十年代开始,这里先后开展了大港、华北和冀东石油会战,随着油气田的发现、开采,地热资源利用也随之逐步实现了规模化、多样化,当前主要用于五个方面:

  1、冬季供暖。大港油田利用地热供暖,1995年就达到70万平方米。华北油田书苑居小区,12万平方米;霸县采油二厂21万平方米,地热安全供暖分别达到了18年和20年。油田所在地任丘及周边的18个县市,不同规模地都在用地热供暖。中石化在本区地热开发利用上也发挥了重要作用。

  2、种植养殖。华北油田采油二厂,利用地热给1.5万平方米花卉蔬菜大棚保温,每亩产值超过3.3万元。大港油田钻井一公司利用地热进行水产养殖,每亩产值曾达到10万元以上。林业部与河间市共建的花卉公司,80余亩大棚用地热保温,曾年产月季花500万支,价值400余万元。

  3、管线伴热输油。华北油田用地热伴输,减少了18台加热炉,每年节省燃油7300多吨。北大站、南大站和畄一联合站,利用脱油后污水余热,保温20万平方米。

  4、中低温地热发电。华北油田与天津大学、西安交通大学联合攻关,在国内开创螺杆发电机和汽轮发电机利用1100摄氏度热水发电的先河。发电后热水梯级利用,年节约燃油5400吨。

  5、洗浴、医疗。本区以“温泉”为标识的宾馆、景点和疗养院比比皆是。如北京昌平的小汤山疗养院,建有20多间水疗室,每天可浴疗1000余人次以上。

  地热是公认的绿色、环保能源。实践证明本区地热资源极其丰富,目前尚处于开发初期,是打赢蓝天保卫战不可或缺的力量。

  本区热储层有两类:浅层,上第三系以碎屑岩为主的孔隙性储层;深层,前中生界基岩以碳酸盐岩为主的孔隙、裂缝“双重介质”储层。前者储层温度40-900摄氏度;后者90-1400摄氏度左右,均属于“中低温地热”。热田上覆盖层的地温梯度带走向,和大地构造单元走向基本一致;高地温带和正向构造单元(隆起、凸起和潜山等)基本一致。这个规律有助于降低开发地热的风险和成本。

  闫敦实、于英太等,曾对本区地热资源进行多年研究和开发利用实践,并依据原地质矿产部《地热资源评价方法》(ZD40_85)对经济型和亚经济型地热资源进行了定量计算和评价(详见《京津冀油区地热资源评价与利用》 中国地质大学出版社,2000年10月)。他们指出在河北南宫、故城一线以北63000平方公里区域内,上第三系热田,面积36890 平方公里,地热资源1129.72×1018焦耳,热水资源28393.47×108立方米;前中生界基岩热田,面积11980 平方米,地热资源749.36×1018焦耳,热水资源1769.7×108立方米,是一个巨大的能源赋存。华北油田采油二厂和书苑居小区,每天约2000立方米的1000摄氏度左右的热水,可以满足12-21万平方米房屋的保暖需要。若以此数据为标准,仅仅是基岩热田的可采热水就足以供暖2-4亿平方米。为了给“雄安新区”建设做出新贡献,华北油田公司加快了开发地热的步伐,“以深层地热资源为基础,浅层地热资源为补充,油田余热就近利用为特色,形成多源互补、全面覆盖的地热利用模式”,计划供暖能力2018年达到200万平方米;2020年达到1000万平方米,2025年达到1亿平方米。

  和开发烃类流体矿床相比,开发地热具有地质风险较小,工艺技术基本成熟的特点。在油区开采地热更具有大量的地质资料和闲置井(地质报废井、油气产量枯竭井等)可供借用,可大幅度降低成本的优势。显而易见,京津冀地区地质和地表条件允许地热开发加快节奏,并且适合走“众人拾柴火焰高”道路,可作为我国深化能源供给侧改革,探索新机制新体制的“先导试验区。”

  为实现高质量、高速度、高效益利用地热资源,避免重蹈“先污染,再治理”的覆辙,自始至终,要认真抓好下列四个环节:

  1、因地制宜。本区地热在空间分布上不均匀,“热田”各自的特性(埋深、储层类型、水温、水质和产能等)不相同;另外,用户本身的利用能力千差万别,因而不能用一种开发办法和模式到处套用。当前“直接供热方式”显然不适合过于分散的用户,相反,若将“热能”转化“电能”,就可以解决这个矛盾。

  众所周知,开发流体矿产要重视防止井间干扰,因为这将大大地降低效率和效益。为此要精心确定井距和开采强度。开发地热一定要从实际情况出发,尊重客观规律,切忌“一刀切”、“一窝蜂”和“层层加码”。

  2、保护资源,保护环境。本区开发地热,应坚持“用热不用水”原则。即采出的热水,通过热交换,实现热能利用,卸载热能后的水,回灌(注)地下。这样做有两点好处:

  一是,充分利用地热能。据研究,地热能95%储存在岩石骨架中,5%储存在地下水中。将凉水回注,经过地下热交换,再提升到地面卸“热”,循环往复,使地热得到永续利用。以往的实践已证明这是可行的。任丘潜山油田采出一亿多吨原油,注入了大体同等体积的冷水,但是油井井口温度并没有降低。北京京热2井,注入10 0摄氏度自来水2000余立方米,十五天后,就趋近地热井温。

  二是,京津冀地区因大量抽采地下水是我国“地表严重沉降”区域之一。开发地热,保持“采灌平衡”,既可防止地表沉降,防止高矿化度地下水对地表的污染;同时有助于保持热储层原始组织结构,从而保持热水旺盛的生产能力。

  开发地热是大规模改造自然活动。钻井完井的钻井液、固井液;生产过程中套管损坏引起的窜流都会严重污染地下水体。消除这类污染比消除大气污染难度更大,耗时更长。水资源并不富裕的京津冀地区,对此更要高度警惕,采取有力措施,防患于未然。

  3、建设合格的技术服务市场。利用地热是一个庞大的系统工程。单就直接用热而言,据华北油田的经验,至少包含资源评价、开发方案优化、符合环保要求的钻完井和套管修复技术、高效换热、中低温发电和回灌(注)技术等环节。没有资源评价,就无法确权登记,就无法进行矿权流转。没有合格的钻完井和套管修复技术,就不可能安全生产和绿色发展。要走“众人拾柴火焰高”的发展道路,一方面要降低各类资本进入地热行业的“门槛”;一方面必需有合格的技术服务市场。二者相辅相成,缺一不可。容忍“滥竽充数”的作业者,将会给地热行业发展带来灾难。

  要进一步调动油田公司开发地热的积极性。油田公司在开发地热中有两大优势:一是实践多年,形成了一支集研究与施工于一体的专业队伍,可以成为新时期建设技术服务市场的基础;二是数十年大规模油气勘探开发,积累了丰富的地质资料和拥有大量的闲置井可资利用。以华北油田公司为例,有三维地震资料25000多平方公里,闲置井2137口。后者追加少量投资加以改造预计可日产热水128000立方米,足可以供暖200-300万平方米。对油田公司,各级政府要进一步做好服务工作。当前要抓好三件事:一是协助油田公司增列地热的探矿权和采矿权;二是协调企业与社会各方面的关系;三是协助企业拓宽融资渠道,实现“混合制”,增强央企的发展活力。

  4、不断提高热能的利用效率。目前采出热水的热能利用率在50%左右,余热利用还有很大的空间。为此,一要控制回注水的温度上限;二要推广“梯级利用”,当前由高温到低温,大体可分为取暖和发电;种植和养殖;以及其它等三个梯级。另外,也可以将冬季供暖与其它季节制冷,或者发电结合起来,以最大限度利用热能,提高项目的经济效益,增加开发地热的新动能。

  作者系中石油咨询中心咨询专家


编辑:赵晓宇