天津热储层升降漏彩成因分析

天津热储层升降漏彩成因分析

1中国地热资源利用的进展由于其清洁、少污染、可再生，该倡议被世界各国视为缓解能源短缺、预防和控制污染的绿色能源。目前,我国将地热资源的合理开发利用摆到应对全球气候变化的高度,国土资源部今年下发通知,要求各地“大力发展矿产资源领域循环经济,加快推进地热和浅层地热能合理开发利用。”“为增强我国应对全球气候变化国际话语权提供科学依据。”世界地热资源的开发利用主要包括发电和直接利用两个方面,2005年世界地热大会对各国地热发电总量的统计显示中国排名第15位。中国地热直接利用的能量居世界第一。天津市是地热直接利用的先驱,主要原因是该地区分布有丰富的中低温地热资源。早在1936年,天津就成功钻探出了第一口地热井。天津的地热资源主要用于供暖,为全国利用采暖之冠,是名不虚传的地热之星,地热资源已经成为天津经济发展和改善城市环境质量不可多得的清洁能源。天津地热资源的开发利用现阶段也存在一定的问题,如水位年降幅较大,回灌率较低,新近系回灌效果不明显,还存在很多无证开采的现象。2天津热资源开发利用现状2.1地下热水的利用天津地区地处Ⅰ级构造单元华北地台北缘,以宁河-宝坻断裂为界分为北部山区和南部平原区(图1),天津丰富的地下水赋存在典型的沉积盆地中,其资源分布面积达8700km2,占全市地域面积的77%,是地热能利用的良好载体。目前,天津地区开发利用的地下热水主要源自6个热储层。包括盖层热储层和基岩热储层。(1)地下水流场特征该层在宁河-宝坻断裂以南普遍分布,它的特点是盖层热储,而且热储埋深较浅,顶板埋深300~600m,底板埋深589~1996m,储层岩性为半胶结的粉细砂、细砂和杂色泥岩不等厚互层,单位涌水量0.76~5.45m3/h·m,井口稳定流温40~70℃,流体化学类型为HCO3-Na、HCO3·Cl-Na、SO4·Cl-Na型,矿化度一般小于1.5g/L,局部大于3g/L,多为无-轻微腐蚀性热流体。(2)沉积旋回相沉积相该热储在宁河-宝坻断裂以北及王草庄、潘庄农场至西南部静海地区缺失,咸水沽和大港局部缺失;它也属于盖层热储,在凹陷区分布稳定,属河流相碎屑岩沉积,多呈粗-细-粗的沉积旋回,对应沉积岩相可分为上部馆Ⅰ砂岩热储段和下部馆Ⅲ砂砾岩热储段。馆Ⅰ热储段:厚度100~200m,井口稳定流温55~65℃;馆Ⅲ热储段:井口稳定流温60~80℃,单位涌水量0.52~5.13m3/h·m,流体化学类型为HCO3-Na、HCO3·Cl-Na型,矿化度0.8~1.9g/L。(3)单位涌水量矿化度在冀中坳陷武清区、黄骅坳陷塘沽区有分布,冀中坳陷热储岩性为砂岩,砂岩呈反旋回序列。顶板埋深2500m左右,单位涌水量0.33m3/h·m,稳定流温90~93℃,HCO3-Na型,矿化度1.2g/L;黄骅坳陷热储顶板埋深1900m左右,厚约458m左右,单位涌水量0.34m3/h·m,稳定流温75℃,Cl·HCO3-Na型,矿化度为2.863g/L,属轻微腐蚀、不结垢地热流体。(4)顶板含矿岩石奥陶系热储层在基岩浅埋区分布较广,隆起区呈带状或块状分布,局部有缺失;凹陷区亦有分布,但埋藏较深,顶板埋深882~3104m,厚度29~1184m,由白云质灰岩、灰岩及泥质灰岩、泥岩组成,岩溶裂隙发育,赋水性强。单位涌水量1.62~7.94m3/h·m,井口稳定流温48~76℃,流体化学类型为SO4·Cl-Na、HCO3·Cl-Na型,矿化度1.8~5g/L,普遍具有较强腐蚀性。(5)灰质白云岩凹陷区该层为潮坪相沉积,分布不稳定。隆起区咸水沽-八里台-团泊及造甲城-大毕庄-东郊农牧场一带零星分布;凹陷区亦有分布,但埋藏较深,顶板埋深950~3734m,厚度14~1160m,以灰白色灰质白云岩为主,单位涌水量2.11~3.13m3/h·m,井口稳定流温70~80℃。流体化学类型为HCO3-Na、HCO3·SO4-Na型,矿化度1.0~2.0g/L。(6)深灰色白云岩广泛分布,厚度较大,热储分布面积约4083km2;凹陷区埋深较大,顶板埋深912~3734m,最大揭露厚度1278.52m,为深灰色粗晶白云岩、燧石条带状白云岩,孔隙度1%~5.8%。单位涌水量1.08~9.07m3/h·m,井口稳定流温79℃以上,流体化学类型较复杂,包括HCO3·SO4-Na、Cl·HCO3·SO4-Na、Cl·SO4·HCO3-Na、Cl·SO4-Na、Cl-Na型,PH值7.5~8.5,矿化度1.7~2.2g/L,局部大于5g/L。2.2近系明化镇组地热井、馆陶理井、水热井天津市共有390眼地热井,现纳入政府监测部门的地热井共计381眼,包括312眼开采井、69眼回灌井,各热储层地热井分布情况见图2。天津地区地热资源开采层多年来主要集中在明化镇组、馆陶组以及雾迷山组热储层。新近系明化镇组地热井主要分布在市区及新四区,该层地热流体在天津地区主要用于工业、种植、养殖、理疗、洗浴和居民生活用水及矿泉水开发;新近系馆陶组地热井主要集中在大港、塘沽和武清区,该层地热流体主要用于供暖、种植、养殖、洗浴及生活用水;蓟县系雾迷山组地热井主要分布在市区及新四区,该层地热流体用途广泛,供暖、养殖、种植、居民生活用水和矿泉水开发等方面均有应用。目前天津地区已进行勘查评价、并经储委认定储量的十大热田地热流体(依《地热资源勘查规范》以温度高于25℃为计)的可采储量是:2010年度开采量为2921.33×104m3,其中:新近系热储开采量3983×104m3/a,基岩热储开采量2014×104m3/a。2.3地热资源丰富,服务区域经济发展地热资源的利用主要为发电和直接利用,直接利用包括供暖、居民生活用水、职工洗浴、养殖等多个方面。天津市地热资源主要用于建筑供暖、居民生活热水、康乐理疗、温泉度假、农业种植养殖等领域。不同利用方式所占比例见图3。天津为全国地热资源利用采暖之冠,是名不虚传的地热之星,与常规能源相比,利用地热供暖,投资和运行费用低,环境效益好。目前我市利用地热资源的小区有140余个,成为城市中的“温泉花园”。地热资源已经成为天津经济发展和改善城市环境质量不可多得的清洁能源。天津市每年利用地热供暖相当于替代原煤33.6×104t,减少排放二氧化碳80.17×104t、二氧化硫5712t、氮氧化物2016t、悬浮质粉尘2688t、煤灰碴3.36×104t,节省环境治理费用约9000万元。净化了空气,减少了城市污染,为天津市实施“蓝天工程”,创建环保模范城做出了突出的贡献。地热资源在招商引资中也发挥了积极作用,如宝坻珠江温泉城、东丽湖、团泊新城等投资开发项目,当地丰富的地热资源成为招商引资的独特优势,带动了区域经济的发展。截止到2010年10月,天津现有的390眼地热井中54眼已经停采,69眼回灌井,现在使用的开采井共计267眼,天津有近200个单位利用地热资源进行冬季供暖,其中仅用于供暖的地热井为98眼,既用作供暖又用作工业用水、洗浴、种植和生活用水等用途的地热井88眼,全市地热供暖面积达1262.67×104m2,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%,其中基岩地热流体供暖面积670×104m2(占53.06%);130余眼地热井提供10万户居民的生活用水和90家企业、酒店的洗浴和生活用热水,每年达900多万人次,提高了百姓生活质量;在工厂、院校、医院、部队等企事业单位,也能享受到舒适的温泉洗浴;18个单位利用地热资源开发温泉康乐项目,地热温泉游泳池10处,3个规模较大的知名地热温泉之乡,如东丽湖水上温泉欢乐谷、宝坻温泉城、团泊温泉酒店等。目前我市建成温泉游泳池面积达5600m2,每年服务约85万人次享受洗浴,地热游泳池能够常年开放运行,方便了市民健身和运动员训练;5个单位开发生产矿泉水,地热流体用量约4×104m3;16个单位用于工业生产,地热流体用量约250×104m3/a;7家单位进行渔业水产养殖,面积14.56×104m2;3个大型农业科学园区,蔬菜种植面积达30.9×104m2亩。目前,天津市利用地热种植名贵花卉(蝴蝶兰等),养殖名贵水产(罗非鱼、鲥鱼、热带观赏鱼、鳄鱼等),已建成的示范区有津南国家农业科技园区、东丽华泰现代农业园、里自沽农场等,地热在农业种植、养殖方面也成为支持现代农业发展的重要资源。在降低农业生产成本、建立无污染生态农业等方面有着极大优势,成为名副其实的“地热温泉城”。天津在地热开发利用中,坚持对地温梯度的梯级利用,对温度60℃以上的地热水,先行供暖,并严格控制排放温度;温度40~50℃的地热水,按健身项目进行开发。在天津已建有多个回灌开发和资源整合梯级利用示范工程建设,如华馨地热站的回灌开发梯级利用示范工程以及水上公园东地热单井资源整合及改造示范工程,均通过采用梯级利用,推广应用了新技术、新工艺,大大提高资源的利用率,延长了地热井的使用寿命,保证了该地区地热资源的可持续利用。3天津热资源开发利用的问题和建议3.1天津地热资源开发利用存在两个问题天津地热资源开发利用中存在的问题主要是:(1)热储层水位分布2010年度明化镇组热储层静水位埋深在市区及新四区形成漏斗,特别是中心城区和西青区,静水位埋深最大达到94m(20℃)以上,河西区和西青区水位降幅最大,达到3m/a以上(图4);馆陶组热储层在沧县隆起的东丽区张贵庄附近形成为一个较大的漏斗中心,水位埋深大于102m;黄骅坳陷的大港水电厂一带,由于在大约80km2的范围内集中了24眼开采井,形成了本市馆陶组热储层最大的一个漏斗中心(最大水位埋深达106m、降幅为3~4m/a(图5)。雾迷山组热储层水位埋深为62.6~130m。从西南部的静海县唐官屯到大邱庄,水位埋深逐渐增大;河东区HD-09井附近成为降落漏斗中心,最大水位埋深已达130m左右。水位降幅总体表现为在沧东断裂和白塘口西断裂附近水位降幅相对较小,在集中开采区和天津断裂附近较大,最大降幅达6m以上(图6)。(2)成本控制监测成本水位自动化监测是管理部门管理地热井的基础依据,但国内地热井水位自动化监测水平还比较低,主要以人工监测为主,成本较高,且费时费力。目前地热井水位数据主要通过传统的测线、测锤、电流表等手工方式获得;虽然流量和水温的监测已经能够实现自动化,但目前只有176眼地热井安装地热井智能监测仪,只占总井数的46%。(3)天津市地热资源回灌随着管理部门对地热开采审批逐渐严格以及单井地热利用率的不断提高,近两年来开采量增幅并不大,而回灌量逐年快速增加,回灌率也不断提高,2010年天津市地热资源回灌率达到25.8%(图7),是2005年的4.2倍。虽然年回灌量呈逐年递增的趋势,但由于回灌工作起步较晚,回灌井数量仍然偏少,回灌量与开采量之间的差距仍较大。基岩回灌情况较好,新近系回灌情况普遍较差,新近系总体回灌量与开采量相比仍然微乎其微,造成新近系回灌工作困难的主要原因在于孔隙性热储层可灌量低,持续时间短。尽管在塘沽地区新近系馆陶组热储层的回灌试验已取得成功,但仍待进一步研究、推广。(4)回灌系统运行不规范个别地热回灌系统监测设施不完善、地面工程建设不规范,且利用回灌井进行开采的现象时有发生,回灌运行时随意性较强、未严格按照相关技术要求和操作规程实施运行,且有很多无证开采现象发生,监督执行力度有待进一步加强、提高。3.2提高补建回灌井使用和资源保护