京津冀地區是我國政治、經濟和文化中心,千里沃土,人煙稠密。燕山聳立其北,太行山屏幛其西,東南為渤海灣,構成了特殊的自然地理環境。每當大氣圈寧靜少風的時候,林立的煙囪,滾滾的汽車流,人類活動造成的煙霧塵埃難以擴散,頻頻郁集成霧霾。這里是我國打贏藍天保衛戰的重點戰場。
京津冀地區大部份位于著名的渤海灣盆地里。由于地幔柱上拱,這個盆地是一個裂陥盆地,是一個“熱盆地”。油氣資源豐富,地熱資源也十分豐富。人們很早就利用“溫泉”洗浴和醫療。從上個世紀六十年代開始,這里先后開展了大港、華北和冀東石油會戰,隨著油氣田的發現、開采,地熱資源利用也隨之逐步實現了規模化、多樣化。當前主要用于五個方面:
1、冬季供暖。大港油田利用地熱供暖,1995年就達到70萬m2。華北油田書苑居小區,12萬m2;霸縣采油二廠21萬m2,地熱安全供暖分別達到了18年和20年。油田所在地任丘及其周緣的18個縣市,不同規模地都在用地熱供暖。中石化清潔能源公司在本區地熱開發利用上也發揮了重要作用。
2、種植養殖。華北油田采油二廠,利用地熱給15000m2花卉蔬菜大棚保溫,每畝產值達到33000多元。大港油田鉆井一公司利用地熱進行水產養殖,每畝產值曾達到10萬元以上。林業部與河間市共建的花卉公司,80余畝大棚用地熱保溫,曾年產月季花500萬支,價值400余萬元。
3、管線伴熱輸油。華北油田用地熱伴輸,減少了18臺加熱爐,每年節省燃油7300多t。北大站、南大站和畄一聯合站,利用脫油后污水余熱,保溫20萬m2。
4、中低溫地熱發電。華北油田與天津大學、西安交通大學聯合攻關,在國內開創螺桿發電機和汽輪發電機利用1100C熱水發電的先河。發電后熱水梯級利用,年節約燃油5400t。
5、洗浴、醫療。本區以“溫泉”為標識的賓館、景點和療養院比比皆是。如北京昌平的小湯山療養院,建有20多間水療室,每天可浴療1000余人次以上。
舉世公認,地熱是綠色、環保能源。實踐證明本區地熱資源極其豐富,目前尚處于開發初期,是打贏藍天保衛戰不可或缺的力量。
本區熱儲層有兩類:淺層,上第三系以碎屑巖為主的孔隙性儲層;深層,前中生界基巖以碳酸鹽巖為主的孔隙、裂縫“雙重介質”儲層。前者儲層溫度40-900C;后者90-1400C左右,均屬于“中低溫地熱”。熱田上覄蓋層的地溫梯度帶走向北北東,和大地構造單元走向基本一致;高地溫帶和正向構造單元(隆起、凸起和潛山等)基本一致。這個規律有助于降低開發地熱的風險和成本。
閆敦實、于英太等,曾對本區地熱資源進行多年研究和開發利用實踐,並依據原地質礦產部《地熱資源評價方法》(ZD40_85)對經濟型和亞經濟型地熱資源進行了定量計算和評價(詳見《京津冀油區地熱資源評價與利用》中國地質大學出版社,2000年10月)。他們指出在河北南宮、故城一線以北63000Km2區域內,上第三系熱田,面積36890Km2,地熱資源1129.72x1018J,熱水資源28393.47x108m3;前中生界基巖熱田,面積11980Km2,地熱資源749.36x1018J,熱水資源1769.7x108m3。是一個巨大的能源賦存。華北油田采油二廠和書苑居小區,大體上每天2000m3的1000C左右的熱水,可以滿足12-21萬m2房屋的保暖需要。若以此數據為標準,僅僅是基巖熱田的可采熱水就足以供暖2-4億m2。為了給“雄安新區”建設做出新貢獻,華北油田公司加快了開發地熱的步伐,“以深層地熱資源為基礎,淺層地熱資源為補充,油田余熱就近利用為特色,形成多源互補、全面覄蓋的地熱利用模式”,計劃供暖能力2018年達到200萬m2;2020年達到1000萬m2,2025年達到1億m2。
和開發烴類流體礦床相比,開發地熱具有地質風險較小,工藝技術基本成熟的特點。在油區開采地熱更具有大量的地質資料和閑置井(地質報廢井、油氣產量枯竭井等)可供借用,可大幅度降低成本的優勢。顯而易見,京津冀地區地質和地表條件允許地熱開發加快節奏,並且適合走“眾人拾柴火焰高”道路,可作為我國深化能源供給側改革,探索新機制新體制的“先導試驗區。“
為了實現高質量、高速度、高效益利用地熱資源,避免重蹈“先污染,再治理”的覄轍,自始至終,要認真抓好下列四個環節:
1、因地制宜
本區地熱在空間分布上不均勻,“熱田”各自的特性(埋深、儲層類型、水溫、水質和產能等)不相同;另外,用戶本身的利用能力千差萬別,因而不能用一種開發辦法和模式到處套用。當前“直接供熱方式”顯然不適合過于分散的用戶,相反,若將“熱能”轉化“電能”,就可以解決這個矛盾。
眾所周知,開發流體礦產要重視防止井間干擾,因為這將大大地降低效率和效益。為此要精心地確定井距和開采強度。開發地熱一定要從實際情況出發,要尊重客觀規律,切忌“一刀切”、“一窩蜂”和“層層加碼”。
2、保護資源,保護環境
本區開發地熱,應堅持“用熱不用水”原則。即采出的熱水,通過熱交換,實現熱能利用,卸載熱能后的水,回灌(注)地下。這樣做有兩點好處:
一是,充分利用地熱能。據研究,地熱能95%儲存在巖石骨架中,5%儲存在地下水中。將涼水回注,經過地下熱交換,再提升到地面卸“熱”,循環往復,方能使地熱得到永續利用。以往的實踐業已證明這是可行的。仼丘潛山油田采出一億多噸原油,注入了大體同等體積的冷水,但是油井井口溫度並沒有降低。北京京熱2井,注入100C自來水2000余m3,十五天后,就趨近地熱井溫。
二是,京津冀地區因大量抽采地下水是我國“地表嚴重沉降”區域之一。開發地熱,保持“采灌平衡”,既可防止地表沉降,防止高礦化度地下水對地表的污染;同時有助于保持熱儲層原始組織結構,從而保持熱水旺盛的生產能力。
開發地熱是大規模改造自然活動。鉆井完井的鉆井液、固井液;生產過程中套管損壞引起的竄流都會嚴重污染地下水體。消除這類污染比消除大氣污染難度更大,耗時更長。水資源並不富裕的京津冀地區,對此更要高度警惕,采取有力措施,防患于未然。
3、建沒合格的技術服務市場。利用地熱是一個厐大的系統工程。單就直接用熱而言,據華北油田的經驗,至少包含資源評價、開發方案優化、符合環保要求的鉆完井和套管修復技術、高效換熱、中低溫發電和回灌(注)技術等環節。沒有資源評價,就無法確權登記,就無法進行礦權流轉。沒有合格的鉆完井和套管修復技術,就不可能安全生產和綠色發展。要走“眾人拾柴火焰高”的發展道路,一方面要降低各類資本進入地熱行業的“門檻”;一方面必需有合格的技術服務市場。二者相輔相成,缺一不可。容忍“濫竽充數”的作業者,將會給地熱行業發展帶來災難。
要進一步調動油田公司開發地熱的積極性。油田公司在開發地熱中有兩大優勢:一是實踐多年,形成了一支集研究與施工于一體的專業隊伍,可以成為新時期建設技術服務市場的基礎;二是數十年大規模油氣勘探開發,積累了豐畐的地質資料和擁有大量的閑置井可資利用。以華北油田公司為例,有三維地震資料25000多Km2,閑置井2137口。后者追加少量投資加以改造預計可日產熱水128000m3,足可以供暖200-300萬m2。對油田公司各級政府要進一步做好服務工作。當前要抓好三件事:一是協助油田公司增列地熱的探礦權和采礦權;二是協調企業與社會各方面的關系;三是協助企業拓寬融資渠道,實現“混合制”,增強央企的發展活力。
4、不斷提高熱能的利用效率。目前采出熱水的熱能利用率在50%左右,余熱利用還有很大的空間。為此,一要控制回注水的溫度上限;二要推廣“梯級利用”,當前由高溫到低溫,大體可分為取暖和發電;種植和養殖;以及其它等三個梯級。另外,也可以將冬季供暖與其它季節制冷,或者發電結合起來,以最大限度利用熱能,提高項目的經濟效益,增加開發地熱的新動能。
本文刋于《中國能源報》2018.8.6第19版_國家節能環保專刋。
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責任編輯: 中國能源網