古人把從地殼裂隙深處涌出地面的熱水喻為“金湯”。近年來，隨著溫泉、地?zé)峁┡犬a(chǎn)業(yè)的發(fā)展，“金湯”盲目開采嚴(yán)重，一些地方的地?zé)崴粐?yán)重下降甚至枯竭。因此，加強(qiáng)地?zé)崴毓喑蔀榈責(zé)峁芾?/span>工作的重中之重。在這方面，天津無疑走在了世界前列。
天津是全國(guó)僅有的集“中國(guó)溫泉之都”、“中國(guó)溫泉之城”、“中國(guó)溫泉之鄉(xiāng)”、“地?zé)崮荛_發(fā)利用示范單位”于一體的大城市。天津市從1996年開始開展了地?zé)崴毓嘣囼?yàn)研究。經(jīng)過十幾年不懈努力，先后突破了基巖和孔隙型熱儲(chǔ)回灌兩大世界難題，全市地?zé)崴毓嗔空伎傞_采量的1/3，有效地緩解了熱儲(chǔ)層壓力持續(xù)下降的問題，形成了在保護(hù)中開發(fā)、在開發(fā)中保護(hù)的良好機(jī)制。天津的經(jīng)驗(yàn)為全國(guó)甚至世界不少國(guó)家的地?zé)豳Y源管理提供了可以借鑒的范本。
孔隙型熱儲(chǔ)回灌率先突破
地?zé)崴?ldquo;熱”，是因?yàn)樘幵诘貙由钐?，形成過程長(zhǎng)。正因如此，地?zé)衢_采后難以用天然降水迅速補(bǔ)給，時(shí)間一長(zhǎng)，就有了地下水位下降等風(fēng)險(xiǎn)。因此，如何加強(qiáng)地?zé)崴毓?，全世界都在摸索?/span>
2010年3月30日，世界難題率先在天津孔隙型熱儲(chǔ)回灌中得到突破。
在以往的地?zé)衢_發(fā)利用中，孔隙型熱儲(chǔ)回灌量小且衰減嚴(yán)重，一直是世界性難點(diǎn)，極大地制約了地?zé)豳Y源的開發(fā)。從2010年開始，天津市地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計(jì)院在天津市國(guó)土資源和房屋管理局地?zé)崽幍拇罅?/span>支持下，展開技術(shù)攻關(guān)，在充分分析總結(jié)以往經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)外最新技術(shù)成果，根據(jù)不同熱儲(chǔ)層特征選擇合理的成井工藝和地面回灌處理工藝，進(jìn)行了多項(xiàng)技術(shù)改進(jìn)。技術(shù)人員在濱海新區(qū)選取了3處地?zé)崂孟到y(tǒng)進(jìn)行孔隙型熱儲(chǔ)地?zé)峄毓嗑ㄔO(shè)，并通過回灌試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了回灌效果，從而使孔隙型熱儲(chǔ)回灌技術(shù)取得突破性進(jìn)展。
針對(duì)濱海新區(qū)塘沽中心區(qū)孔隙型熱儲(chǔ)埋藏深的特點(diǎn)，在理論分析和模擬演算的基礎(chǔ)上，研究人員分別在濱海新區(qū)渤海石油基地和河濱公園采用新成井工藝開鑿了兩眼地?zé)峄毓嗑?，通過回灌試驗(yàn)，其回灌能都達(dá)到了預(yù)期效果。其中一口地?zé)峄毓嗑匀换毓酄顩r下回灌量達(dá)到每小時(shí)103立方米時(shí)，回灌溫度34℃，穩(wěn)定回灌水位-22米，穩(wěn)定時(shí)間8215分鐘；另一口地?zé)峄毓嗑毓嘣囼?yàn)總歷時(shí)18310分鐘，回灌溫度66℃，當(dāng)回灌量達(dá)到每小時(shí)12立方米時(shí)，穩(wěn)定回灌水位-15.58米，穩(wěn)定時(shí)間5640分鐘。
濱海新區(qū)渤海石油基地，原本有三眼廢棄的石油井。如何將石油廢井射孔改造為回灌地?zé)峋垦芯咳藛T在分析和研究三眼石油廢井附近區(qū)域的地質(zhì)構(gòu)造、地?zé)岬刭|(zhì)條件特征的基礎(chǔ)上，收集和整理了三眼石油廢井的有關(guān)技術(shù)資料，將三眼石油廢井射孔改造為回灌地?zé)峋ǔ?ldquo;一采兩灌”的地?zé)衢_發(fā)系統(tǒng)，以滿足東沽宏苑小區(qū)的冬季供暖和生活用水需求。在無任何經(jīng)驗(yàn)可以借鑒的情況下，研究人員刻苦攻關(guān)，反復(fù)試驗(yàn)，不斷解決一道又一道難題，在兩年的供暖期進(jìn)行了多次生產(chǎn)性回灌試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)令人欣慰：最大回灌量每小時(shí)達(dá)63.79立方米，水位維持在67.4米，回灌能力達(dá)100%。
孔隙型熱儲(chǔ)回灌成功對(duì)于濱海新區(qū)這座新城來講是一大福音。該地區(qū)地?zé)衢_發(fā)主要為孔隙型熱儲(chǔ)層，目前有地?zé)峋?0多眼，且絕大多數(shù)都是單井開采。因無前例加之回灌難度非常大，長(zhǎng)期以來，濱海新區(qū)地?zé)崴徊粩嘞陆怠；毓嗉夹g(shù)取得了很好的回灌效果，對(duì)今后在濱海新區(qū)大力推廣具有重要的指導(dǎo)意義。
2012年12月4日，該項(xiàng)技術(shù)在天津武清區(qū)再次取得新突破：該區(qū)下朱莊新地?zé)峋晒ǔ?ldquo;一采一灌”定向?qū)到y(tǒng)，為孔隙型地?zé)崂脛?chuàng)造了新經(jīng)驗(yàn)。
該井口距離5米，井底距離800米，是世界第一對(duì)采用先下管固井、后采用射孔成井工藝施工完成的地?zé)岫ㄏ蚓?。天津市地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計(jì)院在該項(xiàng)目進(jìn)行的系統(tǒng)回灌試驗(yàn)取得了可喜的成果。項(xiàng)目一共進(jìn)行了3個(gè)穩(wěn)定回灌量的試驗(yàn)，其中最大灌量以35度地?zé)崃黧w回灌，每小時(shí)回灌量達(dá)到120立方米，穩(wěn)定時(shí)間36小時(shí)，穩(wěn)定動(dòng)水位74米～75米。實(shí)驗(yàn)表明，該地?zé)釋?duì)井回灌效果非常理想，仍然具有較大回灌潛力。
這組數(shù)字說明，世界首次“一采一灌”定向?qū)到y(tǒng)完美收官。一年過后，這樣的“對(duì)兒井”在天津市已經(jīng)達(dá)到16眼。
地表水熱儲(chǔ)回灌再創(chuàng)紀(jì)錄
新中國(guó)的地?zé)衢_發(fā)利用始于20世紀(jì)50年代。這一時(shí)期，地礦部門相繼開展了全國(guó)地?zé)嶂攸c(diǎn)地區(qū)的勘查評(píng)價(jià)，探明了一批中高溫地?zé)崽铮⒊醪秸莆樟巳珖?guó)地?zé)豳Y源基本狀況和分布規(guī)律。據(jù)初步估算，全國(guó)主要沉積盆地距地表2000米以內(nèi)儲(chǔ)藏的地?zé)幔喈?dāng)于2500億噸標(biāo)準(zhǔn)煤的熱量。
20世紀(jì)90年代以來，由于缺乏宏觀調(diào)控，導(dǎo)致哪里有地?zé)崮睦锞鸵缓宥?，你打井我也打井。片面追求?jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生的惡果在有些地方已經(jīng)顯現(xiàn)——井越打越深，地?zé)崴贿B年下降，一些老泉眼相繼枯竭。
事實(shí)上，過度開發(fā)地?zé)嵩斐晌：?，不僅中國(guó)有，國(guó)外也屢見不鮮。瑞士一口地?zé)峋诖虻?000多米時(shí)引發(fā)了地震，法國(guó)也發(fā)生過類似事故。
道理并不復(fù)雜：地下的地?zé)崴蝗祟悘?qiáng)行鉆透深部巖層抽走后，自然降水很難在短時(shí)間里進(jìn)行補(bǔ)給，產(chǎn)生的空隙極易導(dǎo)致地面的穩(wěn)定性受到破壞，產(chǎn)生危害。
于是，地?zé)嵫芯空哂辛诵碌?ldquo;幻想”：將地表水進(jìn)行處理后，回灌到地?zé)岷畬又校墒沟責(zé)岷畬硬豢萁摺?/span>
這的確是一個(gè)很誘人的想法。這一想法假如得以實(shí)現(xiàn)，沉積盆地型地?zé)豳Y源將成為取之不盡的清潔能源，祖祖輩輩永遠(yuǎn)可以享用。
2014年1月2日，天津市國(guó)土房管局組織地?zé)釋＜覅R集局第四會(huì)議室。此次會(huì)議主題之一就是評(píng)審《天津市濱海新區(qū)東麗湖基巖熱儲(chǔ)地?zé)豳Y源保護(hù)工程》。隨著評(píng)審結(jié)束，世界地?zé)峤缬忠坏离y題宣告破解：
沉積盆地型地?zé)豳Y源用地表水回灌各項(xiàng)指標(biāo)完全符合設(shè)計(jì)要求。專家一致認(rèn)為，這一課題為世界沉積盆地型地?zé)豳Y源實(shí)現(xiàn)持續(xù)利用提供了可借鑒的范例，一旦推廣經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益無量。
承擔(dān)這一課題的仍是天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計(jì)院。該院從2009年10月接到任務(wù)到2013年12月結(jié)題，4年多的時(shí)間里，十幾名研究人員不分晝夜，常年堅(jiān)守在科研崗位。
把幻想變成現(xiàn)實(shí)需要勇氣和真功夫。研究人員在充分分析工作區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)條件的基礎(chǔ)上，開鑿了兩眼霧迷山組地?zé)峄毓嗑?，鉆探進(jìn)尺4862.37米。通過對(duì)地表水源和地?zé)崃黧w水質(zhì)的全面分析，確定了科學(xué)的回灌水質(zhì)處理工藝方法。讓科研人員興奮的是，處理后的水質(zhì)達(dá)到地?zé)崃黧w回灌標(biāo)準(zhǔn)。
天津市地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計(jì)院院長(zhǎng)孫寶成告訴記者，4年里，項(xiàng)目同時(shí)分階段進(jìn)行了不同水源、不同流量和不同溫度的回灌試驗(yàn)，并對(duì)水位、水質(zhì)和水溫進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，最大回灌量為每小時(shí)152立方米，地?zé)崴?/span>位有所回升，水溫?zé)o明顯變化。同時(shí)建立了工作區(qū)的地?zé)岬刭|(zhì)模型，采用兩款模擬軟件對(duì)回灌條件下熱儲(chǔ)層壓力場(chǎng)、溫度場(chǎng)和水化學(xué)場(chǎng)進(jìn)行了預(yù)測(cè)，水質(zhì)模擬仿真環(huán)境與原水質(zhì)相似。
專家評(píng)價(jià)，這個(gè)項(xiàng)目建立了地表水集中回灌試驗(yàn)基地，開創(chuàng)了世界采用地表水回灌補(bǔ)給熱儲(chǔ)層的先例，有非常明顯的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)效益，是一項(xiàng)造福世界的創(chuàng)舉。
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