河南油田开发地热资源的探讨

摘要  地热是一种经济实用、其有很强竞争力的新能源，河南油田在石油勘探开发过程中，发现了许多地热异常区，其有开发利用地热资源的前景和优势。通过对地热资源综合开发利用和经济效益初步分析，表明地热在节能降耗方面经济效益显著，并提出了下一步开发利用地热资源的建议。
主题词  河南油田 地热异常 资源 经济效益 开发研究 

1 前言

    地热是一种廉价、清洁、丰富的新能源。目前，凡是有地热资源的国家和地区都在积极进行地热蒸汽和地热热水的开发利用。1913年，意大利在拉德瑞罗建成了世界上第一座地热发电站；我国从70年代在西藏羊八井打出地热湿蒸汽以来，就开始进行地热的开发利用。前几年，华北油田和大港油田也根据各自的有利条件实现了地热利用，为职工家属提供取暖和生活用热水。
    地壳的构造运动和岩浆活动改变了地壳局部地区的地热梯度，形成地热异常。我国有名的西藏羊八井和云南腾冲的地热就是构造运动和岩浆活动的结果。石油与沉积盆地有密切关系，而沉积盆地往往是构造运动形成的，受地质构造条件影响，一般在盆地内的局部凸起或围绕深凹区的过渡带上容易形成地热异常，石油生成与压力和温度有密切的关系，因此许多油田地下除蕴藏石油外，还贮存有大量的地热资源。河南油田在石油勘探开发过程中，也发现了一些局部地热异常区域。

2 地热资源的初步分析

   泌阳凹陷和南阳凹陷，在石油勘探开发过程中发现了不少地热异常区如：1988年泌阳凹陷、下二门油田下5-804井喷出93.3℃的地热水，日产量1000m3。井深约2000m。地温梯度达4.67℃/100m。地质资料显示，该热水层的储集砂层厚度稳定，分布面积较大。对南阳凹陷魏岗地区地热形成的地质条件、含水层特征、地温场、水化学场、水动力场和压力场的变化规律研究表明，魏岗地区地热异常区地热梯度为4~5℃/100m，在地下500~600m层段和1500~2000m层段有两个较厚的水层。500~600m层段为上第三系地层，底部有上百米厚的底砾岩储集条件优越，地层水矿化度为0.46g/L，分析结果为优质矿泉水。该层段区域分布很广，地下资源相当丰富，单井日产水量为1500m3，，出口水温36~40℃。1500~2000m层段主要由下第三系核桃园组地层组成，地层水矿化度为9.0-15g/L,PH值为7.5~8.5，单井日产水量预计达500m3以上，地下水温约为75-90℃。目前我国直接利用地热的温度低限一般定为35-40℃，只要储热区热水储备量充足，地温梯度大于3.5℃/100m，地热埋深小干2500m的地热资源均有开采和利用价值。河南油田已发现的下二门和魏岗地热异常区已经基本满足了上述条件，具备了开采和利用价值，建议通过己有的地质资料重新进行研究、对河南油田下二门和双河地区地热资源进行系统评价，以确定具体的取水层段和热水可采储量。在已经完成的魏岗地区地热资源评价的基础上，可以将500~600m和1500~2000m层段作为魏岗地区主要取水层段进行地热试生产，然后大规模开发利用。

3 地热资源开发利用可行性分析

    地热开发主要分为高温利用和中低温利用两大类。地热水温高于150℃以上为高温利用，低于150℃为中低温利用。高温地热资源的最佳利用途径是就地生产电能，低温地热资源为直接利用。河南油田下二门下5-804井和魏岗地区属于中低温地热区，可采用热效率较高的直接利用方式。
    河南油田地热资源开发利用可以采用“探采结合”的方式，对目前关停的探井和生产井采取重新射孔的技术措施，让这些井成为地热生产井，形成地热开发系统。
在利用地热水之前应对其进行全面的水质分析，确定其矿化度，不凝结气体（H2S、CO2：、H2、NH3等）的组成和含量、腐蚀性物质以及对人体有害的物质（Hg、B、As、F等）的含量，并根据分析结果确定利用的方式和范围。若矿化度不高，腐蚀作用不大，对人体无害时可直接供用户使用，否则应利用热交换器进行换热处理，以防对采暖系统的腐蚀和设备结垢，危害人类健康。同时，根据地热储量和深循环加温情况以及地热水温度来确定供热方式。对于90℃左右的中温地热水，若储量大并且加温速度快，可以采用一级供热系统，即地热水（90℃左右）经采暖装置换热后的热水（60℃左右），可直接回灌至地下;否则应采用两级供热的方式，即经采暖装置换热后的热水（60℃左右）再经热泵提高至90℃左右和降低至10℃左右废热水，其中90℃热水再次用来供热，10℃废热水回灌至地下。目前法国默仑地区就是采用该方法，扩大了供热采暖面积。对于40℃左右的低温地热水除可直接用于土壤加温、畜舍、暖房和养鱼外，还可以通过消耗高品位热能（如：电能和高温热能）补偿给热泵或由低温余热本身驱动（不需电能或高温热能补偿）的吸收式变热器，将40℃左右低温地热水升温至60~70℃进行采暖或供生活热水，10℃的废热水直接回灌于地下，热量回收利用率达54%左右，可减少54%的补偿能耗，实现低温地热水的再利用。
    为了防止地面下沉和处理废热水，可以采用“回灌”法增加地热水的回采率，即采用生产井在一边，回灌井在另一边的“边对边”排列方式。回灌井的深度及距生产井的距离取决于储热层地层和构造分析。
    另外，地热资源的开采和利用对环境的主要影响为：空气污染（H2S、CO2等气体）、热污染（向大气和水中排放热量）、噪音污染（高速热流体）、地面变化（地表下沉、水平移动），这些对环境的影响在国内外许多地热田开采和利用时都曾或多或少地遇到过，河南油田在地热资源开发利用时，可以借鉴其成功有效的经验，以减少地热开采和利用对环境的影响。

4 地热开发利用经济效益

    以10x104m2的建筑面积为单位，对比分析燃煤、燃油和地热利用三种情况下一个采暖期（100天）的经济效益，其中燃煤、燃油设备和供热管网已建，地热开采利用由8口生产井和1口回灌井组成地热系统，其中生产井尽量利用已钻好的探井或低效油气井（必要时进行修井和重新钻井），单井出水量按25t/h计算，出水水温按85℃计算。回灌井（2000m）重新打井，回灌温度为55℃，计算结果见表1。