天津宝区地热资源开发利用分析

天津宝区地热资源开发利用分析

0中国天津城市1座采用低能耗、低能耗、良好基地1座的生态新城1座宝宝区位于天津市北部。它是该市重要的工农业和游泳度假基地。位于周良庄的热田里。“京津新城”是一座修建在地下温泉的新城市。这里富含丰富的空气资源。大部分地热水来自自己的河流，大部分自流量为40.30hm，井温度高于100。根据2009年《天津市空间发展战略规划》,在天津“十一五”规划中提出,依托地热资源和良好的发展空间,经过历时6年的开发建设,“京津新城”已初步建设成为京津唐地区以休闲旅游、会议会展、文化教育为特色的现代服务业基地,并成为天津11座卫星城中唯一的一座无污染生态新城。该区位于天津十大地热异常区之一的周良庄地热异常区,该区地质构造复杂,地热流体温度较高,流体质量较好,矿化度较低,有着广阔的利用前景,为了保护好当地这一得天独厚的地热资源,使其能得到更科学合理的利用,下面就围绕地热利用和开发对策展开讨论。1大口屯-汉东南角背斜断裂带周良庄地区位于沧县隆起北部的王草庄凸起和冀中坳陷北部武清凹陷的东部斜坡带之上,基岩主体构造为背斜构造,区内断裂主要有北西向的大口屯-汉沽断裂、北西西向的周良庄断裂、北北东向的牛蹄河断裂和王草庄断裂、北北西向的杨码头断裂(图1)。该区整体为一个以中、新元古界为核部,以下古生界寒武系和奥陶系为翼部的不对称背斜构造,其南东(SE)翼稍比北西(NW)翼开阔,褶皱轴面略向北西向倾斜,背斜总体走向北东(NE),由北东向南西方向倾伏。大口屯-汉沽断裂在本区西南部的八道沽东侧近垂直背斜走向穿过该背斜。背斜核部由于应力集中,裂隙发育,遭受长期的风化、剥蚀和淋滤,其上的古生界地层已被剥失,只保留了新元古界青白口系或更老的中元古界蓟县系。后期又经过了叠加变形,即由于受外力作用,使得背斜走向发生变化,从西向东由北东东向转为北东向,沿周良庄~甜水井一线为应力集中地带,其弯曲曲率最大,沿此带地层产状变化较大,倾角变陡,而且岩石较破碎,与原背斜应力叠加,剥蚀程度最强烈,其中铁岭组相对岩溶裂隙较发育,剥蚀更为严重,从而形成沿该带的“冲沟”状古地貌景观;而该段背斜呈现了核部地势低两翼高“地形倒置”现象。2热储类型热储层宝坻周良庄地热田属沉积盆地型层状热储,根据热储的地层时代、岩性特征及水文地质条件可划分出两个热储类型,即河流相碎屑沉积的新近系孔隙型热储和海相沉积的中、新元古界和下古生界碳酸岩岩溶裂隙型热储(也称基岩热储)。新近系孔隙型热储为明化镇组热储层和馆陶组热储层;下古生界和中元古界碳酸岩岩溶裂隙型热储可划分出奥陶系热储层、寒武系热储层和蓟县系铁岭组热储层。2.1区域内热井现状该热储层为一套砂岩、砂砾岩与泥岩频繁交互叠置的河流相沉积层,在该区普遍分布。热储顶板埋深253~339m,底板埋深878.5~1433m,厚度543~1180m。目前区内尚无以该层为目的层的地热井,只有ZL2井取水层为明化镇组和下第三系沙河街组混采,但在区外有一眼。该层热流体质量较好,利用该区地热梯度估算,该层热储温度为28℃~50℃。2.2地面地热井现状该热储层为一套河流相碎屑岩,分布在牛蹄河断裂以南,王2、王9井钻穿该层,揭露顶板埋深为1194.5m和1433m,揭露厚度为188.5m和215.5m。目前该区内尚无以层为目的层的地热井。根据该区地温梯度估算,热储温度应在40℃~60℃之间。2.3热储顶板充放电井主要分布在王草庄断裂的北侧和大口屯-汉沽断裂以西。该层裂隙发育很不均匀,一般靠近凸起中心部位或断裂带附近裂隙、岩溶发育较好。该区新王3和王11两眼井揭露了该层,据钻孔资料,热储顶板埋深882~1509.5m,厚度420m左右。根据新王3井的资料,水温61℃,热流体水化学类型为HCO3-Na型,总矿化度为1028.3mg/L,pH值为7.34,总硬度为135.1mg/L,总碱度为1023.8mg/L。2.4热流体水化学类型该热储分布于该区背斜两翼,区域发育不稳定,在该区中部(背斜核部)有缺失,其余地区均有分布。区内王4井、王11井、ZL2井和ZL4井钻遇该层,揭露顶板埋深1521m~2530m,揭露最大厚度为749m。根据王4井测试资料,水温91℃,自流量14m3/h。热流体水化学类型为HCO3·SO4·Cl-Na型。pH值为8.0左右,总矿化度约1020mg/L,总碱度约287.0mg/L左右,总硬度为120.0mg/L左右。2.5水化学类型及矿化学类型该热储层在本区普遍分布。顶板埋深为2250~2811m。揭露最大厚度450m(未穿),据ZL1井测试,井口静压力0.68兆帕,热流体温度102℃,自流量达300m3/h,水化学类型为HCO3·SO4·Cl-Na,含氟量9.0mg/L左右,pH值为8.0左右,总矿化度约1000mg/L,总碱度约280.0mg/L左右,总硬度为120.0mg/L左右。根据成井资料,ZL1井渗透率约为1.8×10-13m2,ZL4井渗透率约为1.0×10-13m2。3保证了地热资源的使用天津市地热资源的利用已有40年的历史,主要用于城市居民冬季采暖、生活热水、温泉洗浴、渔业养殖、农业种植和工业利用等。近几年来,利用地热尾水加热泵用于供暖的技术日见成熟,使排放水温降低到十度左右,充分利用了水中的能量,从而延长了地热资源的使用时间,这对天津市的地热资源的开发具有重要的意义。地热资源的开发利用改善了城市环境,丰富了人民的物质文化生活,提高了人民的生活水平,随着我国社会经济的高速发展,人们对自身生活的环境提出了越来越高的要求,地热作为一种新型绿色能源日益受到了社会各界的重视,其利用领域也在逐渐扩大。3.1生活热水将地热水经过必要的处理后,提供生活热水,既安全又方便,一般在满足供暖用水后利用剩余热水向附近居民提供生活热水。3.2清洁润滑皮肤地热流体中普遍富含对人体有益的矿物盐类和微量元素,如重碳酸盐,具有清洁润滑皮肤之功效。因而建造温泉游泳馆可以吸引游客,改善居民生活娱乐条件,提高本地区社会影响度,、获取经济和社会效益。3.3热农业利用包括温室栽培、花卉温室和棚室地热水产养殖等。3.3.1提高土地资源的数量随着人民生活水平提高,对反季节新鲜蔬菜的需求越来越多,因此充分利用本区地热资源,采用先进的地热温室蔬菜种植技术,将会取得一定的经济效益。3.3.2纺花养植,市场广阔除了种植常规农产品外,还可考虑进行温室花卉养植。花卉用于家庭摆设、公关礼仪交往,其市场正日趋扩大,具有很大的市场潜力。同时用于装点美化环境将会获得很好的效果。3.3.3建设山地水产品养殖基地利用地热发展水产品养殖,以充分合理利用地热资源,打破气候、地域制约,增加水产品种养殖种类,以期建成一个有特色、有规模、有水平和有效益的地热水产品养殖基地。3.4冬季利用地热化雪工业也可以利用地热,比如烘干鱼、水果、蔬菜和木材、清洗羊毛、烘干衣物、造纸和牛奶杀菌。在路面下铺设管道在冬季利用地热化雪。地热水也可以用来从矿物中提取金和银,甚至是制冷和生产冰。3.5拓宽了人们利用地热资源的范围近几年热泵技术作为低温地热开发利用中的一种高新技术,在国外尤其在美国和欧洲的应用日益普遍,它的出现为低温地热资源的利用提供了新的方法,拓宽了人们利用地热资源的范围。天津市大部分的地热资源利用仅局限于供暖,地热水排放温度在30℃以上,该温度的地热水无法用常规的方法加以利用,造成热量的白白浪费,而利用热泵技术则可以从中再提取部分能量加以利用,这不仅减少了资源的浪费,同时也缓和了对地热资源的需求,从而延长了地热资源的使用时间,这也对周良庄地热田地热资源的开发具有重要的意义。4煤中或燃烧煤供热的经济效益地热资源属于可再生资源,但如果没有严肃的态度和科学的方法去开采利用,也会给人类带来一定程度的危害,尤其是在环境保护方面。本区经计算,基岩地热流体可采量共为3.96×106m3/a,总产热量为3222×108千卡,可替代煤为46045t/a(表1)。如果按煤中或燃烧后产生的有害组分基本参数(表2)计算,本区利用地热能比燃烧煤供热,每年可减少二氧化硫排量690.675t,减环境治理费63.61万元;减少氮氧化物排放量401.05t,减环境治理费79.89万元;减少灰飞排量1079.76t,减环境治理费71.26万元;减少二氧化碳排量40519.6t(表3)。5土地压缩量312m本区新近系及基岩地热资源较为丰富,地热流体资源总静储量为77.5493×108m3,地热流体可开采量6.27×106m3/a。目前区内已有新近系和基岩地热井13眼,由于局部地区超过开采强度,从而形成开采降落漏斗并逐年加深,为实现地热资源可持续开发利用的目的,提出以下对策:5.1热储层可开采量通过开采潜力分析:新近系明化镇组地热流体平均允许开采强度2.68万m3/a·km2,奥陶系热储层可开采量为0.52万m3/a,寒武系热储层可开采量为0.36万m3/a,铁岭组热储层可开采量为3.72万m3/a。新增地热井布井间距:根据多孔抽水试验资料,采用溪哈尔特公式计算,抽水影响半径一般300~500m,根据区域热储水文地质条件及地热井的连续开采,因此开采井井距以大于1200m为宜,最大限度的降低开采井之间相互干扰程度,提高单井出水能力。5.2分层开采利用热剂为合理开发利用地热资源,应按照地热用途进行分层开采,对于生活及水产养殖用水,可直接开采利用明化镇组地热流体,对于冬季供暖,可利用基岩地热流体。5.3建立健全地热利用系统随着热泵技术的日趋成熟,地热利用率得到了极大的提高。本区地热资源利用率目前仅较低,地热资源的开发利用必须坚持生产与科研相结合原则,促进地热资源利用新理论和新技术、新方法的应用,积极推广地热资源梯级循环利用技术,降低尾水排放温度,提高地热资源利用率。达到降低地热流体开采量,节约地热资源、达到地热可持续开发利用。规范、改造地热利用系统,对现有地热利用系统不合理之处实行有计划地改造,特别针对资源浪费严重、效益低下的地热利用系统进行必要的强制性改造。新建供热系统,要本着高起点、高标准建设。探采结合井在审批时,按最新规范和技术标准建设要求。5.4天津回灌山地回灌模式地热资源并非取之不尽用之不绝,要对其进行保护和珍惜,要采取开发、节流和保护并重的方针,对地热资源要进行统一规划、综合开发、梯级利用。把周良庄地区开发成具一定规模、并有特色的温泉度假园区,并让地热资源维持得更久远。本区开发利用尚属于一种粗放的开发模式,在开采压力下降到一定程度时要进行回灌开采。在回灌开采前,需要在本区进行必要的回灌研究(如进行示踪剂试验等),以确定回灌水运移路径,合理布设回灌井井位。近年来随着地热回灌井和灌量的增加,回灌工作取得了明显成效,热储压力下降速率明显渐缓。但是目前天津总体地热流体回灌率较低,孔隙型热储流体回灌率更低,回灌堵塞问题较为突出。如何提高回灌量和回灌率,回灌方式的选择和回灌技术水平的提高是关键。目前本区地热回灌的主要方式有一采一灌,而同井回灌技术尚未得到应用,该方式不仅能大大减少初投资成本,而且有利于地热相关部门的管理;另外,在地热集中开采区外围,采取补建回灌井或回收地热尾水或利