大港油田北大港油区地热资源的综合利用_工程实践

摘要

摘要：介绍了大港油田热储层特征。探讨了北大港油区地热资源的开发利用现状，探讨了今后的利用方向，对北大港油区地热资源的可持续开发利用提出了建议。关键词：地热资源；综合利用；地

摘要：介绍了大港油田热储层特征。探讨了北大港油区地热资源的开发利用现状，探讨了今后的利用方向，对北大港油区地热资源的可持续开发利用提出了建议。

关键词：地热资源；综合利用；地热井；地热水

Comorehensive Utilization of Geothermal Resources in Beidagang Oil Area of Dagang Oilfield

ZHEN Hua，XU Changwei，XU Heyong

Abstract：The characteristics of heat storage layer in Dagang Oilfield are introduced.The present status of development and utilization and future direction of utilization of geothermal resources in Beidagang oil area of Dagang Oilfield are discussed.Some suggestions on sustainable development and utilization of geothermal resources in Beidagang oil area of Dagang Oilfield are made.

Key words：geothermal resource；comprehensive utilization；geothermal well； geothermal water

1 大港油田热储层特征

1.1 地质特征

① 地质构造特征

大港油田的地质构造较为复杂，位于黄骅坳陷中部，跨越板桥坳陷、歧口坳陷及其间的北大港构造带三个二级构造单元，呈一隆二坳构造格局，成为在前新生代基底断裂基础上发育起来的新生代箕状断陷盆地，断裂带发育，主要的断裂带有港西和港东断裂带。断裂形成的断层向上穿透东营组、馆陶组、明化镇组。

② 地层特征

大港油田地层除缺失志留系至泥盆系外，其余地层均有发育。对该地区主要含水层——馆陶组、明化镇组地层进行介绍。

馆陶组地层在全区普遍分布，埋深在1700～2300m，呈现西高东低。地层总厚度在150～500m，砂岩厚度在150～250m，呈现西高东低，西薄东厚的趋势展布，为河流相沉积。馆陶组地层自下而上呈现粗-细-粗的沉积特征，岩性：馆上段为棕红色泥岩与浅灰色的细砂岩不等厚互层；馆下段为杂色砾岩，浅灰色、浅灰绿色砂岩夹薄层浅灰绿色泥岩。

明化镇组在全区普遍呈厚层状分布，地层埋深在1400～1900m，呈现东南低西北高的分布趋势，地层总厚度在1200～1500m，与馆陶组整合接触。岩性：上段以棕红色厚状泥岩为主的夹浅灰绿色、绿黄色粉细砂岩；下段为紫红、灰绿、棕红色泥岩与棕红色砂岩互层。

1.2 热储层特征

地热水温度为60～80℃，属中低温地热田^[1]。馆上段：该层在该地区普遍分布，热储层厚度为90～260m，受区内构造影响大，砂岩占总厚度的60%～70%，孔隙率为25.0%～31.4%，储集条件好。单井出水量为65～85m³/h，水温为60～68℃，为HC0₃-Cl-Na型或Cl-Na型水。馆下段：该层在该地区普遍分布，热储层厚度为50～180m，砂岩占总厚度的60%～90%，平均孔隙率为30%，储集条件好。单井出水量为70～100m³/h，水温为65～78℃，为Cl-HC0₃-Na型水。

1.3 地热水化学特征

该地区馆陶组热储层水化学的显著特征为：pH值为7.76～9.74，呈中性-弱碱性；矿化度为1.7～2.7g/L，属微咸水；硬度(CaC0₃)为10～50mg/L，为极软水。水的化学类型为HC0₃-Cl-Na型或Cl-HC0₃-Na型，而且分布不明显，说明该地区具有较稳定的水化学场。

另外，该地区地热水中还含有多种金属离子及其他微量元素，如：铁、锰、铜、锌、砷、硒、汞(微量)、镉、铬等，且氟离子质量浓度较高，为4～6mg/L，不符合养殖用水标准。

2 北大港油区地热资源的开发现状

大港油田为中国大型油田之一，其中北大港、板桥、羊二庄、羊三木、王徐庄、王官屯等油区已投入开发，北大港油区位于天津市东南。北大港油区自1982年开始开发地热资源，共有地热井26口，主要开采的目的层为馆陶组(24口)，明化镇组下段(2口)，井深在1377～2184m。

① 地热井分布

由于该地区地质构造复杂，断层发育，因此以3个断块为基础划分地热井分布，见表1。西断块位于测井公司以西，中断块位于测井公司以东，北断块位于港北地区。

表1 各地热井数量 口

地层	西断块	中断块	北断块
馆陶组	7	14	3
明化镇组	1	1	—

② 累计采水量

截至2009年底，北大港油区累计采水量为9459×10⁴m³。地热井在区域上分布不均匀，采水也不均衡。其中，中断块地热井数较多，开采量较大，西断块次之，北断块只有3口井，开采量最小。各断块地热井累计采水量见表2。

表2 各断块地热井累计采水量

断块	西断块	中断块	北断块
累计采水量/m³	2 405×10⁴	5335×10⁴	1719×10⁴
地热井数量/口	8	15	3

③ 水位变化

北大港油区地热井主要用于供热，开采期集中在每年11月至次年的3月，一般开井时间为4个月左右。4—10月是水位的恢复期，每年9、10月的水位是恢复期内能达到的最高水位，但每年的最高水位均比上一年平均低2.5～4.0m。单井在没有开采的情况下，水位是缓升的，但缓升速率明显低于下降速率，这说明地热水总的开采量大于补给量。，

根据多年的观测数据分析，开采区已形成了持续下降的水位降落漏斗，漏斗中心在港北及港东一带。漏斗范围内的水位连年下降，降幅较大，平均下降速率为3.23m/a。

3 北大港油区地热资源的利用现状

3.1 供热区域地热井分配情况

北大港油区共有地热井26口，其中已报废不能利用井8口，其余18口井分别为5个区域供热，各供热区域地热井分配情况见表3。

表3 各供热区域地热井分配情况

供热区域	井号	合计/口
港北地区	G9～G11	3
中心区	G5～G8、G13～G16	8
钻井地区	G3、G4	2
幸福小区	G17、G18	2
水电小区 (属港西地区)	G1、G2、G19	3

3.2 利用现状

① 港北地区

供热面积约20×10⁴m²，G9～G11井的地热水(温度约65℃)直接为建北里小区供热，地热尾水再进入欣欣锅炉房储水罐与G11井部分来水汇合为欣欣小区供热。当供热量不足时，地热水经欣欣锅炉房蒸汽锅炉换热器升温后供热，排放温度为40～42℃。港北地区供热系统流程见图1。

② 中心区

供热期间，运行井6口，备用井2口。平均温度为65℃左右的单井来水经配水间后分为两路，分别为作业八区、新兴里供热。中心区供热系统流程见图2。

第1路地热水经换热器加热供热介质，为作业八区(供热面积为27×10⁴m²)供热，热水锅炉作为调峰热源。经换热器后的地热尾水一部分作为热水锅炉的补水，一部分为锅炉房水膜除尘器供水，剩余部分直接排放，排放温度为35～40℃。

第2路地热水经换热器加热供热介质，为新兴里(供热面积为24×10⁴m²)供热，蒸汽锅炉作为调峰热源。经换热器后的地热尾水一部分作为蒸汽锅炉的补水，剩余部分直接排放，排放温度为35～40℃。

③ 钻井地区

钻井地区供热面积为9×10⁴m²，G3、G4井地热水主要用于花园、芳华小区供热锅炉房供热系统补水，因此没有尾水排放。

④ 幸福小区

幸福小区供热面积为22×10⁴m²，G17、G18井地热水主要用于幸福小区供热锅炉房供热系统的补水，部分用于供热锅炉房的水膜除尘器，没有尾水排放。

⑤ 水电小区

原采用G1、G2、G19井地热水直接供热，自2008年10月，改造成为供热锅炉房供热，因此这3口地热井已全部停用。

3.3 热电厂运行后的利用情况

根据北大港油区供热规划，2010年9月油区热电厂试运行，采用热电厂供热系统部分替代地热水及供热锅炉房供热系统，油区原有的供热格局发生了改变。

① 港北地区由于位置偏远，热电厂供热系统无法覆盖，但由于多年来该地区3口地热井无法满足供热需求，已于2010年9—10月将其改造为供热锅炉房供热，地热水只用于供热系统补水，补水量约1200m³/d，供暖期只需开启G9、G10两口井即可满足补水需求，运行方式为1用1备。

② 中心区改造为热电厂供热系统，地热水作为供热系统补水，补水量约3100m³/d，需开启地热井4口：G5—G8井，运行方式是3用1备，即可满足补水需要。

③ 钻井地区、幸福小区改造为热电厂供热系统，G3、G4、G17、G18井地热水作为供热系统补水，补水量约2300m³/d，两个供热区域地热井的运行方式都是1用1备。

④ 水电小区由于位于油区的西部，热电厂供热系统无法覆盖，因此保持原有供热模式，并在近几年无使用地热水计划。

综上所述，热电厂供热系统运行后，油区仍需要10口地热井继续开井供水，其他井将停用。

4 地热资源今后的利用方向

4.1 继续作为供热热源

① 港西地区新建建筑首选地热水供热。目前，港西地区G1、G2、G19井待用，地热水采用梯级利用方式。港西地区地热水梯级利用方式见图3。采用温度为65～70℃的G1、G2井地热水经一级换热器加热散热器供暖系统供水，地热水温度降至40～45℃。然后经二级换热器为热泵提供热量，热泵制取热水后供地板辐射供暖系统。尾水温度为20～25℃，回灌到G19井或其他回灌井。

② 利用G13、14井为附近新建建筑供热，仍采用地热水梯级利用方式(见图3)。

4.2 地热温室种植^[2～3]

利用港西地区的地面条件优势，进行温室种植。利用G1、G2、G19井地热水直接为温室供热，并加热土壤。这样既可提高室内空气温度，又可提高土壤温度，从而提高作物产量。

4.3 为南港工业区供水

利用G15、16井位于南港工业区内的地理优势，可为南港工业区供水，可用于烘干、职工洗浴等，供水量可达2400m³/d。

5 地热资源可持续发展建议

① 尽早开展油区地热资源评价。对整个区域的地热水总体开采量、开采动态变化等相关资料进行评价，确定油区地热资源可持续开发利用量，以防止单井或热田的过度开采所引起的负面影响。

② 尽早开展回灌工作，有利于地热资源的可持续发展。油区地热井只采不补，造成了地下水位持续下降，严重影响地热资源的可持续开发利用。

③ 建立地热井的洗修制度，保持水层的畅通。油区的地层特征及热水水质造成了地热井内易出砂、含气和结垢，导致水层的不畅通和发生气阻现象，影响了地热井的正常开采。因此，应根据地热井运行规律和特点，建立地热井的洗修制度，保持水层的畅通，保持稳定的开采量。

④ 在地热利用中积极开展梯级利用，减少能源的浪费^[4]。多年来，油区对地热资源的利用形式比较单一，能源浪费现象较为严重。

⑤ 利用科技手段，准确收集动静态数据。地热水动静态数据是反映地层能量变化最直观的窗口，对生产运行方式也起着指导作用，应积极引进先进的监测手段，准确掌握地层压力、水温、水位及水质变化等资料，保证分析研究的正确性。

参考文献：

[1] 徐世光，郭远生.地热学基础[M].北京：科学出版社，2009：22-23.

[2] 蔡义汉.地热直接利用[M].天津：天津大学出版社，2004：520.

[3] 张伟，张杰.地热水温室供热系统的优化设计[J].煤气与热力，2011，31(1)：A16-A18.

[4] 贾佩，张珂，时光伟.地热水结合水源热泵供暖的工程实例[J].煤气与热力，2010，30(8)：A10-A13.

[5] 刘雪玲，李宁.低温地热水源热泵供暖技术[J].煤气与热力，2004，24(10)：567-569.

(本文作者：甄华¹ 徐长为¹ 许贺永² 1.天津大港油田供水公司天津 300280；2.大港油田矿区生产运行部天津 300280)