地表水热储厂房。团泊湖温泉城露天池。  地热回灌实验现场。 地热井施工现场。    北方的供暖季,雾霾频频造访。于是,地热这一清洁能源逐渐受到关注。实际上在天津,地热资源的开发利用已经走在世界前列,技术上先后攻破了基岩和孔隙型热储回灌两大世界难题,形成了在保护中开发、在开发中保护的良好机制。    古人把从地壳裂隙深处涌出地面的热水喻为“金汤”。近年来,随着温泉、地热供暖等产业的发展,“金汤”盲目开采严重,一些地方的地热水位严重下降甚至枯竭。因此,加强地热水回灌成为地热管理工作的重中之重。在这方面,天津无疑走在了世界前列。    天津是全国仅有的集“中国温泉之都”、“中国温泉之城”、“中国温泉之乡”、“地热能开发利用示范单位”于一体的大城市。天津市从1996年开始开展了地热水回灌试验研究。经过十几年不懈努力,先后突破了基岩和孔隙型热储回灌两大世界难题,全市地热水回灌量占总开采量的1/3,有效地缓解了热储层压力持续下降的问题,形成了在保护中开发、在开发中保护的良好机制。天津的经验为全国甚至世界不少国家的地热资源管理提供了可以借鉴的范本。孔隙型热储回灌率先突破    地热所以“热”,是因为处在地层深处,形成过程长。正因如此,地热开采后难以用天然降水迅速补给,时间一长,就有了地下水位下降等风险。因此,如何加强地热水回灌,全世界都在摸索。    2010年3月30日,世界难题率先在天津孔隙型热储回灌中得到突破。    在以往的地热开发利用中,孔隙型热储回灌量小且衰减严重,一直是世界性难点,极大地制约了地热资源的开发。从2010年开始,天津市地热勘查开发设计院在天津市国土资源和房屋管理局地热处的大力支持下,展开技术攻关,在充分分析总结以往经验的基础上,结合国内外最新技术成果,根据不同热储层特征选择合理的成井工艺和地面回灌处理工艺,进行了多项技术改进。技术人员在滨海新区选取了3处地热利用系统进行孔隙型热储地热回灌井建设,并通过回灌试验结果验证了回灌效果,从而使孔隙型热储回灌技术取得突破性进展。    针对滨海新区塘沽中心区孔隙型热储埋藏深的特点,在理论分析和模拟演算的基础上,研究人员分别在滨海新区渤海石油基地和河滨公园采用新成井工艺开凿了两眼地热回灌井,通过回灌试验,其回灌能力都达到了预期效果。其中一口地热回灌井自然回灌状况下回灌量达到每小时103立方米时,回灌温度34℃,稳定回灌水位-22米,稳定时间8215分钟;另一口地热回灌井回灌试验总历时18310分钟,回灌温度66℃,当回灌量达到每小时12立方米时,稳定回灌水位-15.58米,稳定时间5640分钟。    滨海新区渤海石油基地,原本有三眼废弃的石油井。如何将石油废井射孔改造为回灌地热井?研究人员在分析和研究三眼石油废井附近区域的地质构造、地热地质条件特征的基础上,收集和整理了三眼石油废井的有关技术资料,将三眼石油废井射孔改造为回灌地热井,建成“一采两灌”的地热开发系统,以满足东沽宏苑小区的冬季供暖和生活用水需求。在无任何经验可以借鉴的情况下,研究人员刻苦攻关,反复试验,不断解决一道又一道难题,在两年的供暖期进行了多次生产性回灌试验。实验数据令人欣慰:最大回灌量每小时达63.79立方米,水位维持在67.4米,回灌能力达100%。    孔隙型热储回灌成功对于滨海新区这座新城来讲是一大福音。该地区地热开发主要为孔隙型热储层,目前有地热井80多眼,且绝大多数都是单井开采。因无前例加之回灌难度非常大,长期以来,滨海新区地热水水位不断下降。回灌技术取得了很好的回灌效果,对今后在滨海新区大力推广具有重要的指导意义。    2012年12月4日,该项技术在天津武清区再次取得新突破:该区下朱庄新地热井成功建成“一采一灌”定向对井系统,为孔隙型地热利用创造了新经验。    该井口距离5米,井底距离800米,是世界第一对采用先下管固井、后采用射孔成井工艺施工完成的地热定向井。天津市地热勘查开发设计院在该项目进行的系统回灌试验取得了可喜的成果。项目一共进行了3个稳定回灌量的试验,其中最大灌量以35度地热流体回灌,每小时回灌量达到120立方米,稳定时间36小时,稳定动水位74米~75米。实验表明,该地热对井回灌效果非常理想,仍然具有较大回灌潜力。    这组数字说明,世界首次“一采一灌”定向对井系统完美收官。一年过后,这样的“对儿井”在天津市已经达到16眼。地表水热储回灌再创纪录    新中国的地热开发利用始于20世纪50年代。这一时期,地矿部门相继开展了全国地热重点地区的勘查评价,探明了一批中高温地热田,并初步掌握了全国地热资源基本状况和分布规律。据初步估算,全国主要沉积盆地距地表2000米以内储藏的地热,相当于2500亿吨标准煤的热量。    20世纪90年代以来,由于缺乏宏观调控,导致哪里有地热哪里就一哄而上,你打井我也打井。片面追求经济效益产生的恶果在有些地方已经显现——井越打越深,地热水位连年下降,一些老泉眼相继枯竭。    事实上,过度开发地热造成危害,不仅中国有,国外也屡见不鲜。瑞士一口地热井在打到5000多米时引发了地震,法国也发生过类似事故。    道理并不复杂:地下的地热水被人类强行钻透深部岩层抽走后,自然降水很难在短时间里进行补给,产生的空隙极易导致地面的稳定性受到破坏,产生危害。    于是,地热研究者有了新的“幻想”:将地表水进行处理后,回灌到地热含水层中,可使地热含水层不枯竭。    这的确是一个很诱人的想法。这一想法假如得以实现,沉积盆地型地热资源将成为取之不尽的清洁能源,祖祖辈辈永远可以享用。    2014年1月2日,天津市国土房管局组织地热专家汇集局第四会议室。此次会议主题之一就是评审《天津市滨海新区东丽湖基岩热储地热资源保护工程》。随着评审结束,世界地热界又一道难题宣告破解:沉积盆地型地热资源用地表水回灌各项指标完全符合设计要求。专家一致认为,这一课题为世界沉积盆地型地热资源实现持续利用提供了可借鉴的范例,一旦推广经济价值和社会效益无量。    承担这一课题的仍是天津地热勘查开发设计院。该院从2009年10月接到任务到2013年12月结题,4年多的时间里,十几名研究人员不分昼夜,常年坚守在科研岗位。    把幻想变成现实需要勇气和真功夫。研究人员在充分分析工作区地热地质条件的基础上,开凿了两眼雾迷山组地热回灌井,钻探进尺4862.37米。通过对地表水源和地热流体水质的全面分析,确定了科学的回灌水质处理工艺方法。让科研人员兴奋的是,处理后的水质达到地热流体回灌标准。    天津市地热勘查开发设计院院长孙宝成告诉记者,4年里,项目同时分阶段进行了不同水源、不同流量和不同温度的回灌试验,并对水位、水质和水温进行了监测,最大回灌量为每小时152立方米,地热水位有所回升,水温无明显变化。同时建立了工作区的地热地质模型,采用两款模拟软件对回灌条件下热储层压力场、温度场和水化学场进行了预测,水质模拟仿真环境与原水质相似。    专家评价,这个项目建立了地表水集中回灌试验基地,开创了世界采用地表水回灌补给热储层的先例,有非常明显的经济、环境和社会效益,是一项造福世界的创举。    去年年底,加拿大地热专家慕名来到天津地热院,在听取汇报和现场实地观看后,连声说:“了不起,了不起!”    地热井整合让“独眼井”变成“对儿井”    地热资源必须保护性开采,这是经过多年实践人们得出的结论。    从2000年起,天津市要求新批地热井必须是“对儿井”,也就是必须回灌。但难题是,2000年前的地热井都是“独眼井”。如何让“独眼井”变成“对儿井”,天津在这方面也为世界提供了很好的样本。    1月的天津寒气逼人。但走进亚中花园小区的每一户人家,一股暖流扑面而来。为小区供暖的这口地热井,叫奥克环保地热井。    该井通过奥克环保—合众两井地热资源整合项目,将两家公司的开采单井通过地下顶管技术连接在一起,改造成“一采一灌”的“对儿井”回灌开采系统,以实现地热资源的回灌开采、集约利用和梯级开发,从而实现有效保护地热资源、减少环境污染、促进节能减排、实现地热资源可持续开发利用的目标。    1996年,天津市率先开展了这项技术研究,经过多种技术方法的试验测试,于1998年取得了初步成果。该项技术的研究成功,使天津存在多年的“独眼井”有了循环利用的可能。    2009年冬季供暖刚刚结束,天津市国土房管局地热处便启动了地热井整合工作。当把整合方案和整合的好处告诉给整合双方时,大家一致认为这套方案很好,应该早日行动。但当项目真正实施时,彼此才感到其中的难度。    难处之一在于,一口井属天津市奥克环保能源技术开发有限公司,另一口井属天津市合众物业管理有限公司。两口井仅相距800余米,但十几年里各采各的,互不往来。    难处之二在于,由于两眼地热开采井分别隶属于两个开发企业,企业性质不同,管理模式不一样,资源整合工作难度极大。    为搞好地热井资源整合,天津市国土房管局先后出台了《关于印发天津市全面整顿和规范矿产资源开发秩序地热专项治理实施方案的通知》、《关于印发〈天津市地热采矿权出让管理办法(试行)〉的通知》、《关于印发〈天津地区地热单(对)井资源评价技术要求〉的通知》等规范性文件,制定了整合地热资源工作方案,为规范地热资源管理奠定了基础。    同时,该局采取了政策鼓励,对进行资源整合的地热井,按回灌量减免地热矿产资源补偿费的70%,安排矿产资源保护项目给予适当的资金支持,为企业减轻经济负担,鼓励企业自筹资金进行地热资源整合工作。    一晃3年过去,昔日“老死不相往来”的两口地热井终于走在了一起,成为了“一家人”。    事实证明,地热井资源整合的好处很多。以整合后的这口井为例:原有的两处地热井一处负责小区6万平方米、720户居民供暖,另一处供热面积5万平方米,一个采暖季下来总共要消耗20万立方米地热水。如今两井整合,组成了“一采一灌”的“对儿井”回灌开采系统,回灌率接近100%,每年可增加地热资源回灌量20万立方米,每个采暖季节省运行费用近50万元。    此外,两口井均建于上世纪90年代,原来的井深只有8米多。随着逐年只采不灌,现在井深已延伸到100米以下。地热水水位不断下降,供热系统需要不断改造,要花费大量的人力、财力。如今,回灌率基本达到100%,不仅节省了这笔费用,而且地热井寿命至少可以延长10年以上。    以上都是有形的数字,整合后的最大好处,是实现了地热尾水零排放,有效减慢了热储压力的下降速率,取得了很好的资源、环境、经济和社会环境效益。    天津奥克环保-合众两眼地热井资源整合项目的实施,也创造了“政策引导、企业运作、互利多赢、集约利用”的地热资源整合模式,对世界推进地热资源整合起到了良好的示范作用。    天津是我国利用地热供暖规模最大的城市,全市140个地热站,地热供暖面积达到1200万平方米,约占全市集中供暖总面积的10%,占全国地热供暖总面积的50%。    这样的数字还有另一层表述:每年相当于替代原煤33.6万吨,减少排放煤尘2688吨、二氧化硫5712吨、氮氧化物2016吨,减少一氧化碳排放17.14万立方米。但天津140个地热站绝大多数还是只出不进,倘若全部实现“对儿井”,美好的数字无疑将会增添更多。    “天津已经有了成功经验,希望各地能够认真借鉴。只要有决心,有合理的施工方案,有整合单位的配合,老井整合一定能够成功。”一位老地热工作者满怀信心地说。 

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