大港油田北大港油區地熱資源的綜合利用

摘 要

摘要：介紹了大港油田熱儲層特征。探討了北大港油區地熱資源的開發利用現狀，探討了今后的利用方向，對北大港油區地熱資源的可持續開發利用提出了建議。關鍵詞：地熱資源；綜合利用；地
摘要：介紹了大港油田熱儲層特征。探討了北大港油區地熱資源的開發利用現狀，探討了今后的利用方向，對北大港油區地熱資源的可持續開發利用提出了建議。
關鍵詞：地熱資源；綜合利用；地熱井；地熱水
Comorehensive Utilization of Geothermal Resources in Beidagang Oil Area of Dagang Oilfield
ZHEN Hua，XU Changwei，XU Heyong
Abstract：The characteristics of heat storage layer in Dagang Oilfield are introduced.The present status of development and utilization and future direction of utilization of geothermal resources in Beidagang oil area of Dagang Oilfield are discussed.Some suggestions on sustainable development and utilization of geothermal resources in Beidagang oil area of Dagang Oilfield are made.
Key words：geothermal resource；comprehensive utilization；geothermal well； geothermal water
1 大港油田熱儲層特征
1.1 地質特征
   ① 地質構造特征
   大港油田的地質構造較為復雜，位于黃驊坳陷中部，跨越板橋坳陷、歧口坳陷及其間的北大港構造帶三個二級構造單元，呈一隆二坳構造格局，成為在前新生代基底斷裂基礎上發育起來的新生代箕狀斷陷盆地，斷裂帶發育，主要的斷裂帶有港西和港東斷裂帶。斷裂形成的斷層向上穿透東營組、館陶組、明化鎮組。
   ② 地層特征
   大港油田地層除缺失志留系至泥盆系外，其余地層均有發育。對該地區主要含水層——館陶組、明化鎮組地層進行介紹。
   館陶組地層在全區普遍分布，埋深在1700～2300m，呈現西高東低。地層總厚度在150～500m，砂巖厚度在150～250m，呈現西高東低，西薄東厚的趨勢展布，為河流相沉積。館陶組地層自下而上呈現粗-細-粗的沉積特征，巖性：館上段為棕紅色泥巖與淺灰色的細砂巖不等厚互層；館下段為雜色礫巖，淺灰色、淺灰綠色砂巖夾薄層淺灰綠色泥巖。
    明化鎮組在全區普遍呈厚層狀分布，地層埋深在1400～1900m，呈現東南低西北高的分布趨勢，地層總厚度在1200～1500m，與館陶組整合接觸。巖性：上段以棕紅色厚狀泥巖為主的夾淺灰綠色、綠黃色粉細砂巖；下段為紫紅、灰綠、棕紅色泥巖與棕紅色砂巖互層。
1.2 熱儲層特征
    地熱水溫度為60～80℃，屬中低溫地熱田[1]。館上段：該層在該地區普遍分布，熱儲層厚度為90～260m，受區內構造影響大，砂巖占總厚度的60%～70%，孔隙率為25.0%～31.4%，儲集條件好。單井出水量為65～85m3/h，水溫為60～68℃，為HC03-Cl-Na型或Cl-Na型水。館下段：該層在該地區普遍分布，熱儲層厚度為50～180m，砂巖占總厚度的60%～90%，平均孔隙率為30%，儲集條件好。單井出水量為70～100m3/h，水溫為65～78℃，為Cl-HC03-Na型水。
1.3 地熱水化學特征
    該地區館陶組熱儲層水化學的顯著特征為：pH值為7.76～9.74，呈中性-弱堿性；礦化度為1.7～2.7g/L，屬微咸水；硬度(CaC03)為10～50mg/L，為極軟水。水的化學類型為HC03-Cl-Na型或Cl-HC03-Na型，而且分布不明顯，說明該地區具有較穩定的水化學場。
    另外，該地區地熱水中還含有多種金屬離子及其他微量元素，如：鐵、錳、銅、鋅、砷、硒、汞(微量)、鎘、鉻等，且氟離子質量濃度較高，為4～6mg/L，不符合養殖用水標準。
2 北大港油區地熱資源的開發現狀
    大港油田為中國大型油田之一，其中北大港、板橋、羊二莊、羊三木、王徐莊、王官屯等油區已投入開發，北大港油區位于天津市東南。北大港油區自1982年開始開發地熱資源，共有地熱井26口，主要開采的目的層為館陶組(24口)，明化鎮組下段(2口)，井深在1377～2184m。
   ① 地熱井分布
   由于該地區地質構造復雜，斷層發育，因此以3個斷塊為基礎劃分地熱井分布，見表1。西斷塊位于測井公司以西，中斷塊位于測井公司以東，北斷塊位于港北地區。
表1 各地熱井數量    口
地層
西斷塊
中斷塊
北斷塊
館陶組
7
14
3
明化鎮組
1
1
—
   ② 累計采水量
   截至2009年底，北大港油區累計采水量為9459×104m3。地熱井在區域上分布不均勻，采水也不均衡。其中，中斷塊地熱井數較多，開采量較大，西斷塊次之，北斷塊只有3口井，開采量最小。各斷塊地熱井累計采水量見表2。
表2 各斷塊地熱井累計采水量
斷塊
西斷塊
中斷塊
北斷塊
累計采水量/m3
2 405×104
5335×104
1719×104
地熱井數量/口
8
15
3
    ③ 水位變化
    北大港油區地熱井主要用于供熱，開采期集中在每年11月至次年的3月，一般開井時間為4個月左右。4—10月是水位的恢復期，每年9、10月的水位是恢復期內能達到的最高水位，但每年的最高水位均比上一年平均低2.5～4.0m。單井在沒有開采的情況下，水位是緩升的，但緩升速率明顯低于下降速率，這說明地熱水總的開采量大于補給量。，
    根據多年的觀測數據分析，開采區已形成了持續下降的水位降落漏斗，漏斗中心在港北及港東一帶。漏斗范圍內的水位連年下降，降幅較大，平均下降速率為3.23m/a。
3 北大港油區地熱資源的利用現狀
3.1 供熱區域地熱井分配情況
    北大港油區共有地熱井26口，其中已報廢不能利用井8口，其余18口井分別為5個區域供熱，各供熱區域地熱井分配情況見表3。
表3 各供熱區域地熱井分配情況
供熱區域
井號
合計/口
港北地區
G9～G11
3
中心區
G5～G8、G13～G16
8
鉆井地區
G3、G4
2
幸福小區
G17、G18
2
水電小區
(屬港西地區)
G1、G2、G19
3
3.2 利用現狀
   ① 港北地區
   供熱面積約20×104m2，G9～G11井的地熱水(溫度約65℃)直接為建北里小區供熱，地熱尾水再進入欣欣鍋爐房儲水罐與G11井部分來水匯合為欣欣小區供熱。當供熱量不足時，地熱水經欣欣鍋爐房蒸汽鍋爐換熱器升溫后供熱，排放溫度為40～42℃。港北地區供熱系統流程見圖1。

    ② 中心區
    供熱期間，運行井6口，備用井2口。平均溫度為65℃左右的單井來水經配水間后分為兩路，分別為作業八區、新興里供熱。中心區供熱系統流程見圖2。
    第1路地熱水經換熱器加熱供熱介質，為作業八區(供熱面積為27×104m2)供熱，熱水鍋爐作為調峰熱源。經換熱器后的地熱尾水一部分作為熱水鍋爐的補水，一部分為鍋爐房水膜除塵器供水，剩余部分直接排放，排放溫度為35～40℃。
   第2路地熱水經換熱器加熱供熱介質，為新興里(供熱面積為24×104m2)供熱，蒸汽鍋爐作為調峰熱源。經換熱器后的地熱尾水一部分作為蒸汽鍋爐的補水，剩余部分直接排放，排放溫度為35～40℃。
   ③ 鉆井地區
   鉆井地區供熱面積為9×104m2，G3、G4井地熱水主要用于花園、芳華小區供熱鍋爐房供熱系統補水，因此沒有尾水排放。
   ④ 幸福小區
   幸福小區供熱面積為22×104m2，G17、G18井地熱水主要用于幸福小區供熱鍋爐房供熱系統的補水，部分用于供熱鍋爐房的水膜除塵器，沒有尾水排放。
   ⑤ 水電小區
   原采用G1、G2、G19井地熱水直接供熱，自2008年10月，改造成為供熱鍋爐房供熱，因此這3口地熱井已全部停用。
3.3 熱電廠運行后的利用情況
   根據北大港油區供熱規劃，2010年9月油區熱電廠試運行，采用熱電廠供熱系統部分替代地熱水及供熱鍋爐房供熱系統，油區原有的供熱格局發生了改變。
    ① 港北地區由于位置偏遠，熱電廠供熱系統無法覆蓋，但由于多年來該地區3口地熱井無法滿足供熱需求，已于2010年9—10月將其改造為供熱鍋爐房供熱，地熱水只用于供熱系統補水，補水量約1200m3/d，供暖期只需開啟G9、G10兩口井即可滿足補水需求，運行方式為1用1備。
    ② 中心區改造為熱電廠供熱系統，地熱水作為供熱系統補水，補水量約3100m3/d，需開啟地熱井4口：G5—G8井，運行方式是3用1備，即可滿足補水需要。
    ③ 鉆井地區、幸福小區改造為熱電廠供熱系統，G3、G4、G17、G18井地熱水作為供熱系統補水，補水量約2300m3/d，兩個供熱區域地熱井的運行方式都是1用1備。
    ④ 水電小區由于位于油區的西部，熱電廠供熱系統無法覆蓋，因此保持原有供熱模式，并在近幾年無使用地熱水計劃。
    綜上所述，熱電廠供熱系統運行后，油區仍需要10口地熱井繼續開井供水，其他井將停用。
4 地熱資源今后的利用方向
4.1 繼續作為供熱熱源
    ① 港西地區新建建筑首選地熱水供熱。目前，港西地區G1、G2、G19井待用，地熱水采用梯級利用方式。港西地區地熱水梯級利用方式見圖3。采用溫度為65～70℃的G1、G2井地熱水經一級換熱器加熱散熱器供暖系統供水，地熱水溫度降至40～45℃。然后經二級換熱器為熱泵提供熱量，熱泵制取熱水后供地板輻射供暖系統。尾水溫度為20～25℃，回灌到G19井或其他回灌井。
    ② 利用G13、14井為附近新建建筑供熱，仍采用地熱水梯級利用方式(見圖3)。

4.2 地熱溫室種植[2～3]
    利用港西地區的地面條件優勢，進行溫室種植。利用G1、G2、G19井地熱水直接為溫室供熱，并加熱土壤。這樣既可提高室內空氣溫度，又可提高土壤溫度，從而提高作物產量。
4.3 為南港工業區供水
    利用G15、16井位于南港工業區內的地理優勢，可為南港工業區供水，可用于烘干、職工洗浴等，供水量可達2400m3/d。
5 地熱資源可持續發展建議
    ① 盡早開展油區地熱資源評價。對整個區域的地熱水總體開采量、開采動態變化等相關資料進行評價，確定油區地熱資源可持續開發利用量，以防止單井或熱田的過度開采所引起的負面影響。
    ② 盡早開展回灌工作，有利于地熱資源的可持續發展。油區地熱井只采不補，造成了地下水位持續下降，嚴重影響地熱資源的可持續開發利用。
    ③ 建立地熱井的洗修制度，保持水層的暢通。油區的地層特征及熱水水質造成了地熱井內易出砂、含氣和結垢，導致水層的不暢通和發生氣阻現象，影響了地熱井的正常開采。因此，應根據地熱井運行規律和特點，建立地熱井的洗修制度，保持水層的暢通，保持穩定的開采量。
    ④ 在地熱利用中積極開展梯級利用，減少能源的浪費[4]。多年來，油區對地熱資源的利用形式比較單一，能源浪費現象較為嚴重。
    ⑤ 利用科技手段，準確收集動靜態數據。地熱水動靜態數據是反映地層能量變化最直觀的窗口，對生產運行方式也起著指導作用，應積極引進先進的監測手段，準確掌握地層壓力、水溫、水位及水質變化等資料，保證分析研究的正確性。
參考文獻：
[1] 徐世光，郭遠生.地熱學基礎[M].北京：科學出版社，2009：22-23.
[2] 蔡義漢.地熱直接利用[M].天津：天津大學出版社，2004：520.
[3] 張偉，張杰.地熱水溫室供熱系統的優化設計[J].煤氣與熱力，2011，31(1)：A16-A18.
[4] 賈佩，張珂，時光偉.地熱水結合水源熱泵供暖的工程實例[J].煤氣與熱力，2010，30(8)：A10-A13.
[5] 劉雪玲，李寧.低溫地熱水源熱泵供暖技術[J].煤氣與熱力，2004，24(10)：567-569.
 
(本文作者：甄華1 徐長為1 許賀永2 1.天津大港油田供水公司 天津 300280；2.大港油田礦區生產運行部 天津 300280)