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天津市东丽湖地区地热调查成果综述

时间:2020-05-18 14:16:59  来源:中国自然资源报  作者:于德福 范基姣

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项目人员进行地热水样品采集。

 

  由于具备绿色、清洁、可再生、可循环利用的特点,地热资源成为备受青睐的新能源之一。为了让这一绿色能源在打赢“蓝天保卫战”中发挥更重要作用,在自然资源部中国地质调查局的统一部署下,中国地质调查局水文地质环境地质调查中心等单位在天津市东丽湖地区打响京津冀地热科技攻坚战第一枪,开展了深部地热和浅层地温能调查。目前,相关成果已移交天津市政府应用。

  在东丽湖地热主力开采层下钻获高产能新储层

  天津市地热资源分布面积广、热储层数多、水质好、温度高。经过40多年的发展,地热供暖面积已达全市集中供暖总面积的8%,是全国利用地热供暖规模最大的城市。随着开发强度不断增大,部分地区开采潜力已达极限。探测深部地热资源、增加可开采资源量,成为保障天津地区地热可持续开发的有效途径之一。

  东丽湖,隶属于天津市东丽区,是该市八大旅游景区和七大自然保护区之一,也是市政府确定的滨海新区旅游度假区域,素有“淡水小海洋”之称。除了地上的美景,东丽湖地下还蕴藏着一座绿色能源宝库——地热资源。这里不仅地热资源丰富,而且热储类型齐全,地热资源开发利用历史悠久,目前已形成地热供暖、温泉洗浴、养生理疗、康乐旅游、矿泉水开发等多级地热开发利用模式。

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东丽湖深部地热科学钻探井。

  

  基于东丽湖地区的地热资源禀赋和开发基础,自然资源部中国地质调查局自2017年开始在这里部署实施京津冀地热科技攻坚战,拓展深部热储第二空间,评价地热资源可持续利用潜力,为京津冀地区地热规模化、可持续高效利用提供支撑。

  为探明深部地热资源,水环地调中心联合兄弟单位协同攻关,在天津东丽湖实施了2口深部地热科学钻探参数井,成井深度分别为4051.68米和4103.48米。可喜的是,两口地热井均在蓟县系雾迷山组三、四段白云岩热储这一当前主力开采层的下部,钻遇高产能新储层——雾迷山组二段,出水温度达到100℃,出水量均超过100立方米/每小时。据初步估算,东丽区深部雾迷山二段新储层每年可开采热量折合标煤125万吨,可满足3000万平方米的供暖需求,可减排大气污染物300万吨,节省环境治理费用3.5亿元。

  此外,水环地调中心联合天津地热勘查开发设计院在东丽区开展了浅层地热能资源调查评价。结果显示,东丽区浅层地热能的每年可利用资源量夏季可供制冷的面积达0.9亿平方米、冬季可供暖面积达1亿平方米,折合标准煤298万吨,每年可减少二氧化碳等排放1696万吨。

  地热资源的开发利用,将构建城市能源当地化供应的新格局。如果天津市将浅层、深层地热资源全部用于夏季供冷、冬季供暖上,就相当于每年要少用标准煤423万吨,每年还会少排放约283万吨的二氧化碳、7万吨的二氧化硫、7万吨的氮氧化物、4万吨的粉尘。此外,这些地热资源还可用于工农业生产、温泉理疗旅游度假、生活洗浴、饮用矿泉水生产等多个领域,而且天津已在这些领域形成了成熟的应用经验。

  深部地热探测、钻探、储层改造取得多项技术突破

  深部地热资源探测是向地球深部进军的一个重要方面。“上天容易入地难”,如何深入地下几千米一探究竟,深部探测技术、钻探技术最为关键。水环地调中心拥有物探、钻探技术优势,在东丽湖地热资源调查科技攻坚中,取得了深部地热探测、钻探、储层改造等多项技术突破。

  在深部探测关键技术上,项目组构建了大深度、高精度深部热储综合地球物理探测方法,首次将石油勘探领域应用的大功率时频电磁法引入地热资源勘查领域,探索强干扰条件下的大深度、高精度地球物理探测方法,并完成二维纵波反射地震与大功率时频电磁联合探测试验,经与钻探资料和测井数据的对比分析,成功查明了调查区6000米以浅地层结构、断裂构造、热储空间分布情况,为建立深部热储地质模型、开展深部地热资源评价提供了较为可靠的基础数据。

  在深部钻探关键技术上,优化组合高效钻进、泥浆配比、堵漏、纠斜、取芯等技术,配置最优钻头、钻具,解决了在雾迷山组岩溶、裂隙发育地层中提高钻效、防漏失和取芯等技术难题,获得多项技术突破。

  在储层改造增产技术上,针对雾迷山组二段白云岩岩溶比较发育的特点,围绕地热储层埋藏深、温度高、涌水量大、酸岩反应速度快等难点,发挥传统钻探技术优势,开展了深部高温岩溶热储改造增产技术和缓释酸液体系研究,利用自有压裂改造设备实施储层酸化改造增产试验,改造增产后,单井产能增加54%,单井涌水量从每天3120立方米提高到每天4800立方米,对开发利用京津冀地区深部碳酸盐岩地热储层具有重要意义。

  在地热监测技术上,在浅层地热井监测方面,研发形成基于光栅解调技术和电子温度传感器技术的两套浅孔地温监测技术装备。在中、深层地热井监测方面,开展分布式地温动态监测技术研究,研发井壁地温动态监测技术装备和配套装置,编制入井作业操作规程。在深层地热监测方面,成功研发了适用于60Mpa、150℃温度、压力两参数深层地热监测仪器,并在雄安新区深层地热监测中示范应用。

  通过深部科学钻探的实施,项目组取得了对深部热储层富水性和水温的全新认识,同时开辟了深部热储第二空间。科学钻探井犹如一把钥匙,打开了深部绿色能源宝库的大门,为今后京津冀深部地热资源可持续开发与利用奠定了科学基础。

  为科学合理利用地热资源提供新思路

  资源丰富,关键要科学合理利用。中国地质调查局水文地质环境地质调查中心本着“多走一步”的服务理念,编制了《天津东丽湖地热开发利用示范基地建设方案》,为天津市科学合理地利用地下绿色能源提供了新思路。

  《方案》明确,建设该基地就是要擦亮天津地热名片,以解决中深层水热型、浅层地热能等多种类型地热资源勘查开发中的技术问题、加强技术示范应用与交流推广为目标,以天津东丽湖为核心区,整合天津现有资源,建设集技术研发、工程示范、产品推广、科研合作、文化宣传与科普教育为一体的示范基地,打造全球中低温地热开发利用的样板工程。推动国内外地热产业的发展,为我国中深层水热型和浅层地热能地热资源勘查开发技术攻关与推广提供开放的研究平台。

  《方案》建议,发挥东丽湖的地热资源区位优势,基于已有开发利用基础,将东丽湖打造成集深浅联用、梯级利用、群井联动、采灌均衡、多能互补于一体的地热利用示范基地,搭建深、浅层地热勘查探测、动态监测、开发利用的试验平台,并建设地热示范工程,针对热储回灌、智能监测、地热数值模拟、大数据、中低温地热热电联产、深部储层蓄热补水、浅层复合供能系统蓄能、太阳能光热与热泵耦合等关键科学技术开展试验示范或科技攻关。

  在东丽湖地热示范工程建设基础上,进一步整合天津市已有地热开发利用示范工程资源,统筹谋划,细化不同工程的科学示范目标,突出亮点,将天津市创建为技术先进、管理规范、效果显著的集地热资源综合利用、梯级利用、地热回灌、地热生态型新城镇、多能源互补、温泉养殖、旅游疗养等多种开发利用方式为一体的中低温地热利用示范区,形成集中低温地热发电、地热供暖、生活用水、温泉洗浴、农业利用、工业生产为一体的地热能利用产业体系,打造具有国际影响力的中低温地热开发利用全球样板。

  《方案》还提出,以地热形成演化过程、地热开发利用流程、天津地热开发历史、深部热能科技攻坚战等为主线,融入国际元素、科技元素和文化元素,体现科学性、科普性和趣味性,建设综合性体验式地热科学博物馆。深入挖掘天津“中国温泉之都”“中国温泉之城”“中国温泉之乡”文化内涵,以东丽湖为核心区,着力打造天津特色的地热文化,开展以地热资源为载体的文化建设,建设地热特色小镇,做实天津地热文化品牌。

责任编辑:苏树芳
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