夏儲冬用！天津探索地熱能運用新技術(shù)

天津地熱勘查開發(fā)設計院

天津市蘊藏著豐厚的地熱資源，是我國地熱資源開發(fā)使用較早的區(qū)域之一，地熱已成為重要的環(huán)保動力，地熱資源的開發(fā)使用現(xiàn)已形成安穩(wěn)的地熱工業(yè)。憑仗豐厚的地熱資源儲量、眾多的開發(fā)使用和維護效果以及自然資源辦理部門的立異辦理，天津市成為了全國唯一的集“我國溫泉之都”“我國溫泉之城”和“我國溫泉之鄉(xiāng)”為一體的省級城市，多年來地熱資源的開發(fā)使用規(guī)劃和水均勻走在全國前列。

作為傳統(tǒng)化石動力的完美替代者，地熱資源已成為應對氣候改變、打贏藍天捍衛(wèi)戰(zhàn)和優(yōu)化動力結(jié)構(gòu)的重要力量。天津市對地熱資源的需求呈逐年上升的氣勢，但隨著需求的不斷添加，怎么保證地熱資源可以可繼續(xù)使用成為了擺在地熱辦理者和技能工作者面前的重要問題。地熱回灌是世界公認的維持地熱熱儲壓力、保證地熱田可繼續(xù)挖掘的重要技能手法，現(xiàn)在現(xiàn)已成為世界范圍內(nèi)數(shù)十個重要的地熱田出產(chǎn)運轉(zhuǎn)中的一項日常工作。通常情況下，地熱回灌是在供暖期內(nèi)將使用后降溫的地熱尾水回灌到熱儲層，歸于“原水回灌”。天津市從1996年開端首先在地熱供暖項目上選用對井回灌開發(fā)使用模式，現(xiàn)已相繼建成了二百多處地熱對井回灌開發(fā)體系，地熱回灌率已由2000年時缺乏10%進步到了如今的80%。經(jīng)過實踐運轉(zhuǎn)和動態(tài)監(jiān)測，近年來天津市的地熱儲層壓力下降趨勢得到了顯著的緩解，大部分區(qū)域乃至呈現(xiàn)了上升，證明回灌取得了顯著的應用效果。在此基礎上，一方面為了彌補因為以往終年采灌失衡形成的熱儲壓力虧空，另一方面為了可以進一步進步地熱資源可挖掘量，天津市又在全國首先展開了“地表水回灌”研討。相關(guān)于“原水回灌”，地表水回灌歸于“外來水源回灌”，是為適應對地熱資源的需求量不斷添加而提出的一種對熱儲層進行補給的新式技能，其有兩大優(yōu)勢：

一是可以在非供暖期對熱儲層進行額外的流體彌補，這些冷流體在地下儲層這個大熱庫中經(jīng)過圍巖加熱和與深部高溫熱流體的對流循環(huán)，終究會以熱流體的形式在未來的供暖期再次成為咱們的優(yōu)質(zhì)熱源，然后添加了地熱資源的可挖掘量，起到了“夏儲冬用”的效果。

二是關(guān)于天津這樣的北方城市，非供暖期尤其是夏季同時也是豐水期，地表水受降水的補給量大，水位上漲迅速，此時展開地表水回灌一方面處理了城市排澇方面的需求，另一方面也完成了使地表水資源就地蓄留、就地資源化的“海綿城市”效果。

為了使地表水回灌從設想變?yōu)閷嶋H，作為國內(nèi)地熱領域的龍頭技能單位，天津地熱勘查開發(fā)設計院在天津市地熱辦理部門的支持下早在2009年就組建了專門的技能團隊展開相關(guān)研討。地表水回灌的成功需要有兩個前提條件，一是要防止冷流體會集回灌形成的熱打破問題;二是要防止外來水源注入熱儲層后對儲層形成不可逆的損傷。

針對這兩個問題，技能團隊展開了很多的試驗研討工作，在地表水回灌井的選址方面，不光要接近回灌水源，下降管路鋪設的成本，更要考慮地質(zhì)方面的影響因素。為此，技能團隊在充分剖析天津市區(qū)域地熱地質(zhì)條件、水文條件、地熱開發(fā)使用等情況的基礎上，結(jié)合回灌方針儲層的巖性特征、裂隙率、浸透率、裂隙散布特征及布井現(xiàn)狀，應用地質(zhì)條件剖析和數(shù)學模擬辦法歸納優(yōu)選方針靶區(qū)，并經(jīng)過示蹤試驗剖析方針區(qū)熱儲的裂隙連通特性和流場特征，確認優(yōu)勢滲流通道，再結(jié)合區(qū)域動態(tài)監(jiān)測和回灌試驗數(shù)據(jù)，來確認地表水回灌井的成井工藝，以及與周邊挖掘井的相對方位和井距離，然后防止地表水回灌對周邊地熱挖掘井的溫度發(fā)生不利影響，保證供熱安全。

為了防止對熱儲層形成污染，回灌水有必要達到必定的標準?？紤]到地表水的補給來歷主要是上游河道和天然降水，其水質(zhì)和水量存在較大的時空改變。為此，技能團隊專門搭建了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的地表水室內(nèi)水處理模擬試驗渠道，依據(jù)不同水源水質(zhì)特色及回灌水質(zhì)要求，選擇不同的模塊，自由組合，以地表水為水源，進行不同工藝流程的水質(zhì)處理試驗，并經(jīng)過高溫高壓水巖反應試驗評估對儲層的影響，終究優(yōu)選出符合回灌水水質(zhì)要求、處理成本低、運轉(zhuǎn)安穩(wěn)的工藝路途。這樣就可以在地表水回灌站工程建設前優(yōu)選工藝流程，然后防止地表水回灌站建成后，因水質(zhì)改變原因?qū)е绿鎿Q設備帶來的較大花費，保證地表水長時間回灌不會對儲層發(fā)生不利影響。

憑仗著技能團隊敢為人先的立異精力和科學謹慎的工作態(tài)度，經(jīng)過重復試驗和精益求精的不斷改進，從2013年在東麗湖區(qū)域首先建立了地表水回灌試驗站起，至2021年又分別在東麗區(qū)和津南區(qū)以地熱挖掘主力熱儲層薊縣系霧迷山組為回灌意圖層，建成兩處出產(chǎn)性地表水回灌工程，地表水回灌終于從理論變成了實際。

依據(jù)天津市規(guī)劃和自然資源局關(guān)于印發(fā)《天津市地熱資源辦理實施辦法》的告訴：“鼓勵有條件的單位，經(jīng)過建設使用地表水的熱儲回灌工程，在非供暖期進行地熱回灌。使用地表水進行回灌的，可按照添加回灌量的50%申請?zhí)砑幽甓韧诰蚰繕恕?rdquo;

坐落東麗湖旅游度假區(qū)的東麗湖動力科技有限公司地表水回灌站具有3眼地表水回灌井，每年可添加霧迷山組熱儲層回灌補給量約120萬方/年，可添加60萬方/年的霧迷山組熱儲層挖掘目標，可在該區(qū)域添加地熱供暖面積約60萬平米，發(fā)生的熱量相當于每年節(jié)省標準煤1.1萬噸，可下降向大氣中排放二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物及懸浮質(zhì)粉塵等各類污染物約2.8萬噸。

坐落津南區(qū)北閘門鎮(zhèn)的國新供熱公司地表水回灌站具有1眼地表水回灌井，每年可添加霧迷山組熱儲層回灌補給量約24萬方/年，可添加12萬方/年的霧迷山組熱儲層挖掘目標，可在該區(qū)域添加地熱供暖面積約9萬平米，發(fā)生的熱量相當于每年節(jié)省標準煤0.26萬噸，可下降向大氣中排放二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物及懸浮質(zhì)粉塵等各類污染物約0.66萬噸。

依據(jù)動態(tài)監(jiān)測，地表水回灌區(qū)域的熱儲壓力呈現(xiàn)了顯著的上升，而周邊挖掘井溫度、水質(zhì)保持安穩(wěn)，證明了使用豐水期的地表水對地熱資源挖掘會集的熱儲層進行回灌，是緩解地熱資源供需矛盾、消除因地熱流體過度挖掘呈現(xiàn)的漏斗現(xiàn)象、防止地熱資源過快枯竭，完成可繼續(xù)開發(fā)使用的有用手法。工程的建成應用，形成了維護環(huán)境、補給地熱資源的工業(yè)結(jié)構(gòu)和出產(chǎn)方式，開創(chuàng)了全國選用地表水會集回灌補給深部地熱儲層的先例，拓荒了地熱資源維護的新路途。

我國地熱會集開發(fā)的區(qū)域，大都具有豐厚的地表水資源，尤其是關(guān)于開發(fā)以碳酸鹽巖為主的大型盆地型熱儲區(qū)域，具有回灌能力好，底部熱源豐厚的特色，配合技能合理的水處理工藝，具有廣闊的應用遠景，可以為國家開發(fā)使用地熱這種新式、綠色、高效、清潔動力供給戰(zhàn)略保證，為完成雙碳方針和地熱高質(zhì)量開展供給技能支持。

注：原文刊登于2022年7月刊《我國地熱》雜志原標題：天津市探索地熱能夏儲冬用新技能辦法，服務地熱高質(zhì)量開展