侯福志:地表水热储回灌技术 助力实现碳达峰目标

2021-07-03 14:53  来源:《中国地热》  浏览:  

天津是全国著名的温泉之都,其在地热资源的勘查、开发、利用以及管理方面取得了很大成绩,在全国起到了很好的示范作用。但由于地热开采时间较长,加之过去多为单井开采、回灌工作跟不上开发速度等因素影响,导致天津热储压力持续下降,降落漏斗持续扩大,若不采取措施,将会制约地热资源的可持续开发利用工作。

为此,早在20世纪90年代,天津地热主管部门在地热方面,就开采重视地热回灌工作。2010年,通过技术实验,在基岩热储实现回灌利用的情况下,又一举突破了新近系馆陶组热储回灌技术,解决了半固结热储的回灌技术难题,这相当于为天津发现了一个很大的“富矿”。目前,天津市馆陶组热储开采井已占全部地热井的将近一半,基本上实现了采灌平衡和可持续利用。

2009年1月至2013年12月,继馆陶组热储回灌试验研究之后,天津地热主管部门又组织天津地热院开展了地表水热储回灌试验研究,并取得了满意的试验效果,为解决基岩热储单井开采造成的历史欠账、扩大新建地热井产能,统筹地表水、地热水统一利用,实现地热能“夏储冬用”和地热资源的采灌平衡等,开辟了另一条新路。

蓟县系雾迷山组热储层是天津地热资源开发利用的主要基岩热储层。天津地热院按照天津地热主管部门的安排,组织开展了《天津市滨海新区东丽湖地区基岩热储地热资源保护工程》。项目组在收集已有成果资料的基础上,系统梳理项目区所在的东丽湖一带水文地质条件、构造特征、地热流体径流条件以及当地的水文、气象资料,在此基础上,组织开凿2眼地热回灌井,在夏季的时候,利用当地经过过滤处理后的丰富地表水进行回灌,不仅增加了地下热储压力,还实现了“夏季储能,冬季利用”的开发思路。

项目组在构建地质模型的基础上,采用TOUGH2.0和pHREEQC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模拟分析和评估,取得了非常好的试验效果。其试验数据如下:

在一个丰水期内,利用回灌井进行地表水集中回灌,累计增加了雾迷山组热储层回灌补给量40万立方米/年,相当于6666吨/年的标准煤的热当量,可减少排放二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、煤灰渣等污染物16778.2吨/年。若变成开采量,每年可节约资源成本575.8万元、环境治理费用192.2万元。而且,经过计算,该试验基地可满足150立方米/年的地表水回灌要求,其节煤效果相应可以扩大。此外,在回灌条件下,项目组对热储层压力场、温度场和水化学场进行了模拟预测,结果表明:5年内地表水回灌可减缓热储层压力下降速率1米/年,同时对温度场和水化学场不会产生明显影响。

地表水热储回灌除技术上可行外,还要在经济上有利可图。自2014年开始,在地表水热储回灌的基础上,天津地热主管部门又组织天津地热院、东丽湖地热公司在东丽湖建设了全国唯一的地表水热储生产性回灌基地。目前已开凿了3眼回灌井,建成了水过滤处理厂房,并铺设了进排水管道。目前,因非技术性因素,生产性回灌工作尚未开展,预计2022年夏季即可投产,并可利用东丽湖丰富的地表水进行回灌。

地表水热储回灌需要打回灌井、建设过滤设施,并铺设管道等。除此之后,还要有水源保障。除打井成本、建安成本外,水价也是制约成本的因素。本人在参与策划该项目的时候,曾设想通过免缴资源税、利用丰水期地表水采用民用水价等方式,以鼓励企业在降低成本的基础上进行回灌。经测算,在采取相应政策措施后,地热生产企业不仅经济上划得来,具有比较效益,同时会产生很好的社会效益和环境效益,完全可以推广利用。

基于上述分析,笔者就在北方地区推广地表水热回灌工作如下三点建议。

一是,要出台相应的鼓励政策。国家有关部门以及地方地热主管部门,应当研究制定包括水价政策、回灌补贴政策在内的支持政策,以尽量减低企业生产成本。

二是,要制定地表水回灌行业标准。我在担任天津市国土房管局地热处负责人期间,就已经意识到地热标准的重要性。曾组织编制、出台了4个地方标准,为推广天津地热经验、发挥中国温泉之都的示范效应奠定了基础,也扩大天津地热在全国的话语权。在地表水回灌方面,天津已经有了地方标准,但还应当制定行业标准,这样才有利于在北方地区推广。

三是,要在北方地区推广利用。天津市、河北省以及河南、山东等省市,均分布有基岩热储,完全可以复制天津经验。地球是一个庞大的热库,有源源不渴的热能,只要增加作为介质的水源,地热利用就可以呈几何级数增长。据分析,天津若在中心城区推广利用地表水回灌,以年回灌量600万立方米计算,不仅可扭转中心城区热储压力下降的趋势,还可每年增加20对地热井的开采量,增加集中供暖面积600万平方米。

推广地表水热储回灌技术是解决北方地区实现基岩地热可持续利用促进碳达峰目标的可行之举。

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