地热地质特征及地热资源的开发利用与研究

来源:用户上传      作者:

　　摘 要：地热资源是一种纯绿色无污染的新型热能资源，其既能作为发电的能量来源，还能将其作为供暖用水，以缓解辽河段居民供暖紧缺的问题。本文从当前辽河段的地热地质特征开始介绍，并以此为出发点，制定出更加合理的地热资源开发方法，旨在提升地热资源的应用效率，提升地热应用质量。
　　关键词：地质特征;地热资源;开发利用
　　中图分类号：P314 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）12-0174-02
　　0 引言
　　当前我国的地热资源十分丰富。其主要的分布状况为浅层地热资源、水热型地热资源和干热岩三种。随着当前人类的环保意识不断提升，绿色无污染的地热资源越来越被人们所重视。在进行地热开采和开发的过程中，如何保证开采的质量和应用的有效性是当前需要解决的重大问题之一。
　　1 辽河地热资源地质特征
　　1.1 地温梯度特征
　　辽河地区通过长年以来的信息收集和实际测量，确定了其区域内恒温带深度为30m，温度在10.5℃左右。东营组由于受到构造和深度影响，其地温梯度的变化幅度较大但仍然有一定的规律。总体呈南高北低西高东低的态势。西部凹陷地温梯度范围在2.7～3.9℃/100m，顶部凹陷地温梯度则在2.4～4.0℃/100m;沙河街组沙一二段地温梯度总体呈南高北低、西高东低的趋势，西部凹陷低温梯范围在2.4～4.5℃/100m，而东部凹陷地温梯度范围在2.5～4.0℃，平均为3.2℃;沙三段地温梯度的变化则较大，西部凹陷地温梯度范围在2.8～4.5℃，平均为3.9℃;东部凹陷地温梯度范围在2.4～4.0℃，平均为3.4℃。辽河盆地地区的大地热流平均值在1.5HFU，其属于在稳定地块上发育起来的中新生代断陷盆地，而其热流值相较于同类型地块更高[1]。
　　1.2 地储层物性特征
　　辽河盆地下第三系储层的类型以碎屑岩为主，其具有层系多、成熟度低、成因复杂、磨圆较差、骨架颗粒分选以及填隙物含量大等特点。储层物性在纵向上和横向上都具有多变性。纵向上浅埋储层物性较好，而随着埋深增加，其物性变差。横向上表现为西高东低、南高北低。特别是在渗透率反映上，分布更为明显。结合辽河盆地的沉积相表明，横向上的储层物性成因主要是由于沉积环境影响而导致的情况。
　　1.3 辽河盆地热储识别及物性特征
　　进行热储特征划分的过程中，为了满足当前的热储物性特征的划分原则，需要将整个辽河段分为三段，即东营组、沙一二段组和沙三段组，并对其热储物性进行分析。
　　东营组热储的顶面埋深为834.5～1823.0m，地层厚度为80.5～176.0m之间，地层温度为35～72℃，孔隙度一般在0～32%之间。渗透率一般在0～760*10-3μm2左右。东部凹陷中段和南段泥岩盖层在较大范围内成片分布。
　　沙一二段地层埋藏较深，其地层厚度在237.0～448.0m之间，地层温度在40～75℃，孔隙度在11.2～25.6%左右，渗透率在0～525*10-3μm2左右浮动。并在25～175*10-3μm2之间分布频率较大。沙一中段的泥岩分布广泛，除地层边缘外其泥岩区的累积厚度均在300～500m左右。
　　沙三段热储埋藏较深，因此地层温度能够达到54～92摄氏度左右，其主要岩性为砂砾岩孔隙度在10.4～24.6%左右，渗透率则在0～290*10-3μm2左右，并在10～92*10-3μm2范围内变化最大，其与东营组与沙一二组相比的孔隙度和渗透率都很小，并且表现出纵向变化大，横向不稳定的特征，其热储性能相对较差。
　　1.4 地下热水化学场特征
　　1.4.1 平面水化学场
　　就矿化度而言，东营组的西部凹陷矿化度普遍高于西南部双台子区附近，东部凹陷在南部于楼地区出现高值，大民屯凹陷处矿化度由北向南逐渐增大;沙一二段矿化度在西部凹陷处的矿化度在2500mg/L～3000mg/L，大民屯凹陷的矿化度则由南向北从2000mg/L提升到了7000mg/L，东部凹陷黄沙坨附近则降低到了2500mg/L～3000mg/L，其水型为NaHCO3型;沙三段矿化度与沙一二段相似，水型也相同，但在大民屯附近达到了最低值2500mg/L。
　　1.4.2 垂向水化学场
　　辽河盆地地下水的矿化度在垂向上变化方面的特点十分顯著，其具体表现为自下而上矿化度逐渐下降，而埋藏越深、层位越老的区域地下水的矿化度更高;埋藏浅时，矿化度则会无视层位降低，并与地下水补给区的距离相关。这一规律说明辽河地区深部地下水的封闭条件好，因此交替作用较弱。辽河盆地地下水矿化度纵向矿化度与其埋藏深度呈正相关，通过大量的统计数据得出其水位矿化度会随着深度的变化而变化。同一深度地下水的矿化度具有西部凹陷大于东部凹陷，东部凹陷大于大民屯凹陷的特点。不同的埋深矿化度差异也很大：埋深小于1km时，矿化度一般在1000～2000mg/L;埋深在2～3km时，矿化度则在3500～6500mg/L左右。这一特征说明地下水浅部封闭条件差，地层水的交替作用活跃，而深部封闭性好，地层水交替作用相对减弱。
　　1.5 热储水的物化特性
　　1.5.1 物理性质
　　该区域由于十分靠近油田，因此其水质在物理性质上带有一定的油田水痕迹，其受到各种可溶物质、胶质和有机烃类物质影响而带有一定的颜色。部分地层中的水质内溶解了一定程度的H2S而具有臭鸡蛋的气味，若是水之中含有烃类则会产生汽油或者煤油的味道，油田水质口感较咸，有涩味，若是温度适宜细菌生长则还会带有大量的烃类细菌使水呈现棕灰色。
　　1.5.2 化学性质
　　辽河盆地的地热水属于NaHCO3类型，矿化度中等偏高，pH值在7～9之间水中含有少量锌、锰、铜、锂、铬、镍、锶等元素，但是占比不到1%;而溴、碘、硼等元素的含量在4～8mg/L，脂肪酸、环烷酸的含量在20～350mg/L左右，甲苯及苯的含量在1mg/L左右，气态烃含量在6～8mg/L左右[2]。 　　2 当前的地热资源应用形式
　　2.1 地层热水型地热资源的运用
　　2.1.1 地热供暖
　　温度高于75℃的低矿化度地热水可以直接作为供暖用水来注入供暖管道对周边进行供暖;而高矿化度的热水由于矿物质会腐蚀管道，因此需要利用热交换器将热量交换至导热液体中，然后再将其进行升温后输送到供热系统的管路中进行供热。地热供暖节省了大量的燃料，同时还降低了环境方面的污染，是一种优秀的供暖方式。
　　2.1.2 发展温泉旅游业
　　供暖回水和地热制冷后的尾水，甚至温度不高，水质良好的地热井直接采出的低温热水都可供居民、宾馆和饭店作为生活和洗涤用水使用。通过开设温泉度假村、温泉宾馆等特色休闲设施来提升当地的生活质量并进行创收。
　　2.1.3 地热农业与养殖业
　　辽河地处我国东北部，其冬季漫长且寒冷。一旦到达冬季，户外农耕和养殖工作便很难进行。而暖棚、温室的生产过程中会消耗大量的燃料，导致农作物和畜牧生产的成本变高，进而使产品缺乏市场竞争力。若利用低温热水或供暖后的二次回水再次给温室种植和水产养殖业提供热能，则会大幅降低农业供热所消耗的燃料，并促进新型农业的发展，并为东北地区提供丰富的冬季农业和畜牧产品。
　　2.1.4 油田供能
　　虽然油田为国家提供了大量的能源原料，但其同时也是能源消耗的大头，为了保证油田节能减排工作的质量。利用地热资源来补充油田生产中消耗的能量，可以大幅节省燃料能源，并降低油田对化石能源的消耗量。除了应用地热水来直接供暖外，还可以将地热能源应用于油田生产过程中。利用热水驱油，地热供电等方式来驱动大型机械和油泵，以降低油田的耗能。
　　2.1.5 工业用途
　　地热资源作为天然的热能资源，还可以作为工业过程中的热源使用，不论是食品加工业、轻工业和重工业均有一定的作用。其既能在轻工业用于食品烘干，微生物发酵、冷冻品解冻等，还能用于重工业中的供能、加热等工作，并将其作为冷却水使用。
　　2.2 油田产出水的地热资源利用
　　2.2.1 回注驱油
　　在油田下方直接抽出的热水在经过脱油之后能够将其进行回灌并作为驱油水来进行回灌工作。将这种具有一定温度的水灌注到油田之中，既能节约淡水资源，还能利用水的温度来增大石油的流动能力，进而提升采油的质量和效率，同时减少油田废水的排放，并通过回灌的方式来提升油田地下的压力，防止出现塌陷的情况。
　　2.2.2 热泵技术
　　热泵技术是利用先进的专用设备对空气、水体和突然中蕴藏的低温热能中来提取能量的一种方式热泵能够从低温地热尾水中提取能量，并通过降低地热尾水排放温度的方式提升地热的利用温差的方式，通过太阳能、空气中和浅表地热源的热能等对分布于热源附近的细管中的冷水进行加热并统一对热量进行回收的方式来对热能进行利用，能够在一定程度上提升地热使用的效率，并回收诸如气泉眼、浅表性地热泉等难以进行改造的热量。
　　2.2.3 油田集输伴热
　　利用油田产出水进行净化后作为油田维温水并将其注入集输管道，能够将油管中由于温度过低而凝固的原油加热并增强其流动性，从而大幅度节省油田中加热维温水而消耗的能量，避免由于管道内温度过低而产生原油凝固堵塞的现象。
　　3 提升资源利用效率的对策
　　3.1 提升对资源利用效率的认识
　　辽河油田作为我国重要的石油供应来源之一，在进行石油管理与地热源管理的过程中还要对其具有一个较为系统的认识，由于地热新能源作为一种不常用的能源，并没有足够的相应配套设施对其进行应用和管理，因此煤炭仍然占据着能源的主导份额。相关部门要对地热资源进行详细地了解，并研究利用这种可再生资源的方式。同时增加对新能源开发的资金投入，并从节约能源和环境保护两方面出发，争取将传统的石油开采企业建成具有先进性和时代意义的新式能源利用企业。
　　3.2 制定合理的布局方案
　　要想保证地热能源的顺利开发，合理的布局是十分必要的。在进行地热开采的过程中，既要保证控制水位的下降速率，延長热田的寿命，还要做好全区地表水。地下水的统一规划。通过系统地调度和各个企业联合管理的方式来提升供水的质量，同时采取一水多用、水力循环和废水再利用的方式来提升水资源管理的质量，从而有效减少资源开采量的同时节约地下水资源。并在进行地下热源开采的过程中建立完善的法规法案，同时科学设计城市布局，以保证地热能源的分配更加科学[3]。
　　3.3 强化回灌技术
　　为了防止地下水位不断降低，保证地热资源能够得到合理地运用，则需要加强对回灌技术的研究，并增大回灌的力度。并针对于不同井的不同情况采用具体的回灌方式：对井回灌、同井回灌、自然回灌、加压回灌、同、异层回灌。
　　4 结语
　　总而言之，要想保证我国的地热资源得到合理地开发和利用，首先要明确当前的地热储量和地热地质情况，才能做好万全的开采准备。当前辽河地热资源丰富且形式多样，只有做好了地热特征分析，才能将其以最大化的方式加以利用。在进行地热资源开发的过程中，则需要针对其地热特点，做好相应的开发工作。
　　参考文献
　　[1] 王转转，欧成华，王红印.国内地热资源类型特征及其开发利用进展[J/OL].水利水电技术：1-11[2019-05-09].
　　[2] 涂明江.地热地质特征及地热资源的开发利用分析[J].西部资源，2019（01）：196-197.
　　[3] 龚晓凌，王现国，杨国华.地热资源特征及开发利用[J].河南水利与南水北调，2018，47（04）：84-85.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/8/view-14960822.htm