胡荣华  高素景

天津地热资源丰富,但在开采20多年后,面临着资源利用率低、地下水水位下降等一系列问题。天津市地勘局为保障地热资源的可持续利用,作出了长期不懈的努力

天津市地热资源得天独厚,其开发量居全国第一。但随着地热开发的深入,地热水回灌、热尾水利用、钻探技术等亟待研究的问题也凸现出来。

长期从事地热研究的天津市地勘局副局长赵维明介绍说,天津的地热资源年开采量达2560万立方米,成为天津市清洁能源的主力军。但天津地热开采20多年以来,同一热储层的开采强度分布不均.导致地下水水位年均降幅达1.97~6.76米。同时,随着开采强度的提高,以往勘查成果已不能满足现在的利用需求,一些地区对地热资源的勘查滞后于开发,勘查研究的方法有待进一步提高。尤其是地热流体回灌量严重不足,目前天津地区共开采五个热储层,平均回灌率不足14%。为了应对地热勘查开发过程中的一系列问题,天津市地勘局和天津地热勘查开发设计院作出了长期不懈的努力。 

地热回灌,从单一对井回灌走向集中回灌

天津地区地热资源在地层程序上分为第三系孔隙型热储和基岩型热储。由于孔隙型热储回灌因砂层孔隙阻力大,回灌水准以形成径流,至今仍然是一个世界性的难题。而随着钻探设备不断更新,钻井深度逐渐增加,基岩热储逐步代替了孔隙型热储的主导地位,而且基岩热储回灌可形成回流,具有可行性。据天津市地热勘查开发设计院总工程师林黎介绍,截至2006年,天津已建成地热回灌系统3日对,年回灌量200万立方米,均为基岩热储回灌,预计今年地热回灌量将达到250万立方米以上。

在天津地区,虽然地热回灌量已达到了开采量的14%左右,对保持热储压力、提高地热资源再利用起到了一定的作用,但是目前总的回灌量及回灌率仍然很低,地下热储层水头仍以每年1-6米的速度下降。为此,天津地热院针对第三系孔隙热储回灌与基岩回灌的本质特征,对第三系回灌井的成井工芝、回灌水质、地面回灌系统等方面进行了研究,重点解决新近系孔隙型热储回灌问题;在基岩回灌井中着重构造条件、回灌流体传递机理等方面的研究,目前基岩回灌井的最大回灌量可达每年20万立方米;同时实施大型集中回灌试验,根据回灌场地需具有充足回油水源、地下水动力场处于上游区域等条件,确定了东丽湖地区为集中回灌场所。前不久召开的天津市地热勘查开发利用研讨会上,地热专家也指出,集中回灌和周边回灌,有助于地下热水的回补,增加地热水利用量,是促进天津地热可持续开发利用的有效措施。

此外,天津地热院还与国家原子能技术研究所合作,利用计算机技术和建模软件,初步建立集中回灌条件下压力场、温度场和化学场变化过程的三维数学模型,用以预报热储开采动态、计算冷锋面的运移速度和回灌水的热突破时间、水化学锋的传输速度。通过实践检验,不断修改模型,为基岩回灌研究和实施提供了有力的技术保障。目前,在国家科技部的牵头下,天津国土资源和房屋管理局、天津地热院、天津大学等单位又与意大利合作,从地球化学角度入手,通过模型分析,共同应对天津地热回灌量衰减的难题。

地热尾水梯级利用,利用效率提高50%

天津市地热利用率偏低,排放温度较高.目前明化镇组热资源利用率仅为26.19%,馆陶组为50.75%。根据对天津市2003年开采量计算,如果将地热尾水温度降低至25摄氏度和15摄氏度排放,各热储层的热利用率以及相应节约资源量占年开采量之比值是相当可观的。

赵维明指出,在天津武清、塘沽、大港等区供暖主要开采馆陶组地热水,其井口平均温度为62.8摄氏度,市区供暖主要开采雾迷山组地热水,其井口平均温度为86.71摄氏度。在上个世纪地热供暖初期,末端散热设施主要为铸铁或钢制散热器,导致地热尾水大量排放。天津地热院广泛采纳国内外先进工艺,在地热供暖利用上积极推广热能效率高、供暖效果好的地板辐射采暖技术和热泵利用技术,形成地热供暖多梯级循环利用、尾水集中回灌的良性模式。该模式地热一级利用为管网利用,排放尾水温度为45摄氏度;通过地板辐射二级利用,尾水温度降低到32摄氏度;再利用热泵技术,尾水温度降为12摄氏度,这样可增加50%的地热资源的利用率。该模式受到冰岛等地热利用水平较高国家专家的好评,也成为天津市地热利用标准示范。

深层钻探技术工艺,开发地下4000米地热资源

天津地处华北平原,地热资源是在新华夏构造体系地质背景下形成,属典型的中低温沉积盆地型流体资源,地表没有出露,基本埋藏于地下近千米以上,因此钻探技术就显得十分重要。

经过多年的地热开发,我国相应的钻探技术和施工工艺也在不断的探索中逐步成熟。天津地热院目前采用转盘式钻机,施工深度达到4000米以上;在成井套管选材上,也由过去的螺旋焊接管,改为石油无缝钢管,对成井过程中的防挤压变形和保证地热井的设计寿命起到关键作用。

天津基岩热储层主要为奥陶系和蓟县系雾迷山组,但是钻探揭露该岩层时,往往因岩溶裂隙发育,泥浆只进不出,岩屑连同泥浆全部漏失进入地层,堵塞了含水裂隙,影响成井质量。尤其是对地热回灌井造成影响,回灌水流的压力使岩屑对裂隙越压越密,致使回灌量急剧衰减。天津地热院通过反复试验分析,购置了气水混合反循环钻具,在冷热水井施工中,开展气举反循环施工工艺研究,提高钻进速度、减少事故率。

浅层低温地能资源是地球表层普遍存在并具有广泛利用价值的清洁能源。浅层低温能在滨海新区分布的面积较广,资源储量大,以400米深度为例,按利用后的温度为13.5摄氏度计算,其总热量可折合240万吨标准煤。   

目前,该局已经将《天津市地源热泵回灌和合理布井研究》项目提上日程。天津地勘局的科技五年规划也明确提出,将开发浅层地温能勘查评价技术、开展地下水源热泵应用技术研究作为地热开发工作中曲重中之重。

(2007.2.15,地质勘查导报,2版)

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