夏储冬用！天津探索地热能运用新技术

天津地热勘查开发设计院

天津市蕴藏着丰厚的地热资源，是我国地热资源开发使用较早的区域之一，地热已成为重要的环保动力，地热资源的开发使用现已形成安稳的地热工业。凭仗丰厚的地热资源储量、众多的开发使用和维护效果以及自然资源办理部门的立异办理，天津市成为了全国唯一的集“我国温泉之都”“我国温泉之城”和“我国温泉之乡”为一体的省级城市，多年来地热资源的开发使用规划和水均匀走在全国前列。

作为传统化石动力的完美替代者，地热资源已成为应对气候改变、打赢蓝天捍卫战和优化动力结构的重要力量。天津市对地热资源的需求呈逐年上升的气势，但随着需求的不断添加，怎么保证地热资源可以可继续使用成为了摆在地热办理者和技能工作者面前的重要问题。地热回灌是世界公认的维持地热热储压力、保证地热田可继续挖掘的重要技能手法，现在现已成为世界范围内数十个重要的地热田出产运转中的一项日常工作。通常情况下，地热回灌是在供暖期内将使用后降温的地热尾水回灌到热储层，归于“原水回灌”。天津市从1996年开端首先在地热供暖项目上选用对井回灌开发使用模式，现已相继建成了二百多处地热对井回灌开发体系，地热回灌率已由2000年时缺乏10%进步到了如今的80%。经过实践运转和动态监测，近年来天津市的地热储层压力下降趋势得到了显着的缓解，大部分区域乃至呈现了上升，证明回灌取得了显着的应用效果。在此基础上，一方面为了弥补因为以往终年采灌失衡形成的热储压力亏空，另一方面为了可以进一步进步地热资源可挖掘量，天津市又在全国首先展开了“地表水回灌”研讨。相关于“原水回灌”，地表水回灌归于“外来水源回灌”，是为适应对地热资源的需求量不断添加而提出的一种对热储层进行补给的新式技能，其有两大优势：

一是可以在非供暖期对热储层进行额外的流体弥补，这些冷流体在地下储层这个大热库中经过围岩加热和与深部高温热流体的对流循环，终究会以热流体的形式在未来的供暖期再次成为咱们的优质热源，然后添加了地热资源的可挖掘量，起到了“夏储冬用”的效果。

二是关于天津这样的北方城市，非供暖期尤其是夏季同时也是丰水期，地表水受降水的补给量大，水位上涨迅速，此时展开地表水回灌一方面处理了城市排涝方面的需求，另一方面也完成了使地表水资源就地蓄留、就地资源化的“海绵城市”效果。

为了使地表水回灌从设想变为实际，作为国内地热领域的龙头技能单位，天津地热勘查开发设计院在天津市地热办理部门的支持下早在2009年就组建了专门的技能团队展开相关研讨。地表水回灌的成功需要有两个前提条件，一是要防止冷流体会集回灌形成的热打破问题;二是要防止外来水源注入热储层后对储层形成不可逆的损伤。

针对这两个问题，技能团队展开了很多的试验研讨工作，在地表水回灌井的选址方面，不光要接近回灌水源，下降管路铺设的成本，更要考虑地质方面的影响因素。为此，技能团队在充分剖析天津市区域地热地质条件、水文条件、地热开发使用等情况的基础上，结合回灌方针储层的岩性特征、裂隙率、浸透率、裂隙散布特征及布井现状，应用地质条件剖析和数学模拟办法归纳优选方针靶区，并经过示踪试验剖析方针区热储的裂隙连通特性和流场特征，确认优势渗流通道，再结合区域动态监测和回灌试验数据，来确认地表水回灌井的成井工艺，以及与周边挖掘井的相对方位和井距离，然后防止地表水回灌对周边地热挖掘井的温度发生不利影响，保证供热安全。

为了防止对热储层形成污染，回灌水有必要达到必定的标准。考虑到地表水的补给来历主要是上游河道和天然降水，其水质和水量存在较大的时空改变。为此，技能团队专门搭建了具有自主知识产权的地表水室内水处理模拟试验渠道，依据不同水源水质特色及回灌水质要求，选择不同的模块，自由组合，以地表水为水源，进行不同工艺流程的水质处理试验，并经过高温高压水岩反应试验评估对储层的影响，终究优选出符合回灌水水质要求、处理成本低、运转安稳的工艺路途。这样就可以在地表水回灌站工程建设前优选工艺流程，然后防止地表水回灌站建成后，因水质改变原因导致替换设备带来的较大花费，保证地表水长时间回灌不会对储层发生不利影响。

凭仗着技能团队敢为人先的立异精力和科学谨慎的工作态度，经过重复试验和精益求精的不断改进，从2013年在东丽湖区域首先建立了地表水回灌试验站起，至2021年又分别在东丽区和津南区以地热挖掘主力热储层蓟县系雾迷山组为回灌意图层，建成两处出产性地表水回灌工程，地表水回灌终于从理论变成了实际。

依据天津市规划和自然资源局关于印发《天津市地热资源办理实施办法》的告诉：“鼓励有条件的单位，经过建设使用地表水的热储回灌工程，在非供暖期进行地热回灌。使用地表水进行回灌的，可按照添加回灌量的50%申请添加年度挖掘目标。”

坐落东丽湖旅游度假区的东丽湖动力科技有限公司地表水回灌站具有3眼地表水回灌井，每年可添加雾迷山组热储层回灌补给量约120万方/年，可添加60万方/年的雾迷山组热储层挖掘目标，可在该区域添加地热供暖面积约60万平米，发生的热量相当于每年节省标准煤1.1万吨，可下降向大气中排放二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物及悬浮质粉尘等各类污染物约2.8万吨。

坐落津南区北闸门镇的国新供热公司地表水回灌站具有1眼地表水回灌井，每年可添加雾迷山组热储层回灌补给量约24万方/年，可添加12万方/年的雾迷山组热储层挖掘目标，可在该区域添加地热供暖面积约9万平米，发生的热量相当于每年节省标准煤0.26万吨，可下降向大气中排放二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物及悬浮质粉尘等各类污染物约0.66万吨。

依据动态监测，地表水回灌区域的热储压力呈现了显着的上升，而周边挖掘井温度、水质保持安稳，证明了使用丰水期的地表水对地热资源挖掘会集的热储层进行回灌，是缓解地热资源供需矛盾、消除因地热流体过度挖掘呈现的漏斗现象、防止地热资源过快枯竭，完成可继续开发使用的有用手法。工程的建成应用，形成了维护环境、补给地热资源的工业结构和出产方式，开创了全国选用地表水会集回灌补给深部地热储层的先例，拓荒了地热资源维护的新路途。

我国地热会集开发的区域，大都具有丰厚的地表水资源，尤其是关于开发以碳酸盐岩为主的大型盆地型热储区域，具有回灌能力好，底部热源丰厚的特色，配合技能合理的水处理工艺，具有广阔的应用远景，可以为国家开发使用地热这种新式、绿色、高效、清洁动力供给战略保证，为完成双碳方针和地热高质量开展供给技能支持。

注：原文刊登于2022年7月刊《我国地热》杂志原标题：天津市探索地热能夏储冬用新技能办法，服务地热高质量开展