天津市宝坻区地热资源开发利用对策.doc

2 929 亿 t 标 准 煤 。据已有勘查成果和地热开发利用现状 ，对本区地质构造 、热 储 特 征 、各热储层地热资源流体 质 量 、综合利用和环境效益进行初步分析 ，提出地热资源开发利用对策 。关 键 词 地 热 资 源 ; 隆 起 ; 热 储 特 征 ; 开 发 利 用TK521 + 33中 图 分 类 号文 献 标 识 码文 章 编 号1004 1184 ( 2012 ) 04 0065 03B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 。0引 言宝坻区位于天津 市 北 部 ，是我市重要的工农业和游 泳 渡假 基 地 ，处 于 周 良 庄 地 热 田 上，“京 津 新 城 ”正是因为地下温 泉 而 兴 建 的 新 城 镇 ，这 里 蕴藏着丰富的地热资源 ，地 热 水 大 多 自 流 ，自 流 水 量 一 般 在 40 300 m3 / h，井 口 温 度 大 于100 1 。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 。2热 储 特 征宝坻周良庄地热 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3 ( 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新近系明化镇组热储层 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 253 339 m，底 板埋深 878 5 1 433 m，厚度 543 1 180 m。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 。1地 质 构 造 特 征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2 ( 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2 2新近系馆陶组热储层 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 1 194 5 m 和1 433 m，揭 露 厚 度 为 188 5 m 和 215 5 m。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古生界奥陶系热储层 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 1 509 5 m，厚 度420 m 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 1 028 3 mg / L，pH 值 为7 34 ，总 硬 度 为 135 1 mg / L，总 碱 度 为 1 023 8 mg / L。2 4下古生界寒武系热储层 该 热 储 分 布 于该区背斜两翼 ，区 域 发 育 不 稳 定 ，在 该 区收 稿 日 期2012 04 10作 者 简 介 王 曦 ( 1983 ) ，男 ，河 北 遵 化 人 ，助 理 工 程 师 ，主要从事地热地质和构造地质研究工作 。温 91 ，自 流 量 14 m3 / h。热 流 体水化学类型为 HCO SO3 3 1地热温室蔬菜种植 34Cl Na 型 。pH 值 为 8 0 左 右 ，总 矿 化 度 约 1 020 mg / L，总碱 度 约 287 0 mg / L 左 右 ，总 硬 度 为 120 0 mg / L 左 右 。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花 卉 温 室除 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地 热 水 产 养 殖利 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地 热 工 业 利 用工 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地热尾水加热泵技术 图 1基 岩 地 质 图2 5中元古界蓟县系铁岭组热储层 该 热 储 层在本区普遍分布 。 顶 板 埋 深 为 2 250 2 811 m。揭 露 最 大 厚 度 450 m( 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 300 m3 / h，水 化 学 类型 为 HCO3 SO4 Cl Na，含 氟 量 9 0 mg / L 左 右 ，pH 值 为8 0 左 右 ，总 矿 化 度 约 1 000 mg / L，总 碱 度 约 280 0 mg / L 左 右 ，总 硬 度 为 120 0 mg / L 左 右 。 根 据 成 井 资 料 ，ZL1 井 渗 透率 约 为 1 8 10 13 m2 ，ZL4 井 渗 透 率 约 为 1 0 10 13 m2 。3地 热 综 合 利 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4 。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 。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地热开发的环境效益 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 10 6 m3 / a，总 产 热 量 为 3 222 10 8 千 卡 ，可 替 代 煤为 46 045 t / a( 表 1 ) 。表 1各热储层热量折合煤量 可 开 采 量平 均 出 水温 度 ( )各 热 储 层 产热 量 ( kcal / a)折 合 煤 量( t / a)热 储 层3( m / a)0 45 10 60 31 10 63 2 10 63 96 10 6214 10 8240 10 82 768 10 83 222 10 8O603 053903 434Jxt9839 548合 计46 0453 2温 泉 游 泳 馆地 热 流 体 中 普遍富含对人体有益 的矿物盐类和微量元 如 果 按 煤 中 或 燃 烧 后 产生的有害组分基本参数 ( 表 2 )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 690 675 t，减 环 境 治 理 费 63 61 万 元 ; 减少氮氧化物排 66本 着 高 起 点 、高 标 准 建 设 。 探采结合井在审批时 ，按 最 新 规项 目单 位数 量备 注范和技术标准建设要求 。5 4加强地热流体回灌工作 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5 。 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 尾水或利用地表水等手段进 行 集 中 回 灌 ，也是很好的措施之一 。煤 含 硫 百 分 比% ;1 5残留灰渣中的硫 % ;20理 论 烟 气 量Nm3 / kgg / Nm3 g / Nm3 m3 / t6 7烟含氧氮化物量 1 3烟 含 尘 量3 5产生二氧化碳量 0 88表 3地热供暖环境效益数据表 节约煤费及治理费 项 目数 量单 价 金 额 ( 万 元 )节 煤 量46 045 t / a500 元 / t2 302 25减少二氧化硫量 46 045 0 015 t / a921 元 / t63 61减 少 氮 氧 化 物 46 045 0 001 3 6 7 t / a 1 992 元 / t79 89减少灰飞排放量 46 045 0 003 5 6 7 t / a660 元 / t71 2646 045 0 88 m3 / a减少二氧化碳量 合 计2 517 015地热资源开发利用对策 本区新近系及基 岩 地热资源较为丰富 ，地 热 流 体 资 源 总5 5防 止 结 垢 、延长地热井使用寿命 本区地热流体虽 然 不 具 有 腐 蚀 性 ，寒武系和蓟县系 铁 岭静 储 量 为 77 549 3 108 m3 ，地 热流体可开采量 6 27 10 6m3 / 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 制定合理开采井布井方案 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 300 500 m，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 1 200 m 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4 。5 2 根据用途实行分层开发利用 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