地表水熱儲(chǔ)回灌技術(shù)

是解決北方地區(qū)實(shí)現(xiàn)基巖地?zé)峥沙掷m(xù)利用

促進(jìn)碳達(dá)峰目標(biāo)的可行之舉

天津是全國著名的溫泉之都，其在地?zé)豳Y源的勘查、開發(fā)、利用以及管理方面取得了很大成績，在全國起到了很好的示范作用。但由于地?zé)衢_采時(shí)間較長，加之過去多為單井開采、回灌工作跟不上開發(fā)速度等因素影響，導(dǎo)致天津熱儲(chǔ)壓力持續(xù)下降，降落漏斗持續(xù)擴(kuò)大，若不采取措施，將會(huì)制約地?zé)豳Y源的可持續(xù)開發(fā)利用工作。

為此，早在20世紀(jì)90年代，天津地?zé)嶂鞴懿块T在地?zé)岱矫妫烷_采重視地?zé)峄毓喙ぷ鳌?010年，通過技術(shù)實(shí)驗(yàn)，在基巖熱儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)回灌利用的情況下，又一舉突破了新近系館陶組熱儲(chǔ)回灌技術(shù)，解決了半固結(jié)熱儲(chǔ)的回灌技術(shù)難題，這相當(dāng)于為天津發(fā)現(xiàn)了一個(gè)很大的“富礦”。目前，天津市館陶組熱儲(chǔ)開采井已占全部地?zé)峋膶⒔话?，基本上?shí)現(xiàn)了采灌平衡和可持續(xù)利用。

2009年1月至2013年12月，繼館陶組熱儲(chǔ)回灌試驗(yàn)研究之后，天津地?zé)嶂鞴懿块T又組織天津地?zé)嵩洪_展了地表水熱儲(chǔ)回灌試驗(yàn)研究，并取得了滿意的試驗(yàn)效果，為解決基巖熱儲(chǔ)單井開采造成的歷史欠賬、擴(kuò)大新建地?zé)峋a(chǎn)能，統(tǒng)籌地表水、地?zé)崴y(tǒng)一利用，實(shí)現(xiàn)地?zé)崮堋跋膬?chǔ)冬用”和地?zé)豳Y源的采灌平衡等，開辟了另一條新路。

薊縣系霧迷山組熱儲(chǔ)層是天津地?zé)豳Y源開發(fā)利用的主要基巖熱儲(chǔ)層。天津地?zé)嵩喊凑仗旖虻責(zé)嶂鞴懿块T的安排，組織開展了《天津市濱海新區(qū)東麗湖地區(qū)基巖熱儲(chǔ)地?zé)豳Y源保護(hù)工程》。項(xiàng)目組在收集已有成果資料的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)梳理項(xiàng)目區(qū)所在的東麗湖一帶水文地質(zhì)條件、構(gòu)造特征、地?zé)崃黧w徑流條件以及當(dāng)?shù)氐乃?、氣象資料，在此基礎(chǔ)上，組織開鑿2眼地?zé)峄毓嗑?，在夏季的時(shí)候，利用當(dāng)?shù)亟?jīng)過過濾處理后的豐富地表水進(jìn)行回灌，不僅增加了地下熱儲(chǔ)壓力，還實(shí)現(xiàn)了“夏季儲(chǔ)能，冬季利用”的開發(fā)思路。

項(xiàng)目組在構(gòu)建地質(zhì)模型的基礎(chǔ)上，采用TOUGH2.0和pHREEQC兩款模擬軟件，對(duì)回灌條件下熱儲(chǔ)層壓力場、溫度場和水化學(xué)場進(jìn)行模擬分析和評(píng)估，取得了非常好的試驗(yàn)效果。其試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下：

在一個(gè)豐水期內(nèi)，利用回灌井進(jìn)行地表水集中回灌，累計(jì)增加了霧迷山組熱儲(chǔ)層回灌補(bǔ)給量40萬立方米/年，相當(dāng)于6666噸/年的標(biāo)準(zhǔn)煤的熱當(dāng)量，可減少排放二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物、煤灰渣等污染物16778.2噸/年。若變成開采量，每年可節(jié)約資源成本575.8萬元、環(huán)境治理費(fèi)用192.2萬元。 而且，經(jīng)過計(jì)算，該試驗(yàn)基地可滿足150立方米/年的地表水回灌要求，其節(jié)煤效果相應(yīng)可以擴(kuò)大。此外，在回灌條件下，項(xiàng)目組對(duì)熱儲(chǔ)層壓力場、溫度場和水化學(xué)場進(jìn)行了模擬預(yù)測，結(jié)果表明：5年內(nèi)地表水回灌可減緩熱儲(chǔ)層壓力下降速率1米/年，同時(shí)對(duì)溫度場和水化學(xué)場不會(huì)產(chǎn)生明顯影響

 地表水熱儲(chǔ)回灌除技術(shù)上可行外，還要在經(jīng)濟(jì)上有利可圖。自2014年開始，在地表水熱儲(chǔ)回灌的基礎(chǔ)上，天津地?zé)嶂鞴懿块T又組織天津地?zé)嵩?、東麗湖地?zé)峁驹跂|麗湖建設(shè)了全國唯一的地表水熱儲(chǔ)生產(chǎn)性回灌基地。目前已開鑿了3眼回灌井，建成了水過濾處理廠房，并鋪設(shè)了進(jìn)排水管道。目前，因非技術(shù)性因素，生產(chǎn)性回灌工作尚未開展，預(yù)計(jì)2022年夏季即可投產(chǎn)，并可利用東麗湖豐富的地表水進(jìn)行回灌。 

地表水熱儲(chǔ)回灌需要打回灌井、建設(shè)過濾設(shè)施，并鋪設(shè)管道等。除此之后，還要有水源保障。除打井成本、建安成本外，水價(jià)也是制約成本的因素。本人在參與策劃該項(xiàng)目的時(shí)候，曾設(shè)想通過免繳資源稅、利用豐水期地表水采用民用水價(jià)等方式，以鼓勵(lì)企業(yè)在降低成本的基礎(chǔ)上進(jìn)行回灌。經(jīng)測算，在采取相應(yīng)政策措施后，地?zé)嵘a(chǎn)企業(yè)不僅經(jīng)濟(jì)上劃得來，具有比較效益，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生很好的社會(huì)效益和環(huán)境效益，完全可以推廣利用。

基于上述分析，筆者就在北方地區(qū)推廣地表水熱回灌工作如下三點(diǎn)建議。

一是，要出臺(tái)相應(yīng)的鼓勵(lì)政策。國家有關(guān)部門以及地方地?zé)嶂鞴懿块T，應(yīng)當(dāng)研究制定包括水價(jià)政策、回灌補(bǔ)貼政策在內(nèi)的支持政策，以盡量減低企業(yè)生產(chǎn)成本。

二是，要制定地表水回灌行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。我在擔(dān)任天津市國土房管局地?zé)崽庁?fù)責(zé)人期間，就已經(jīng)意識(shí)到地?zé)針?biāo)準(zhǔn)的重要性。曾組織編制、出臺(tái)了4個(gè)地方標(biāo)準(zhǔn)，為推廣天津地?zé)峤?jīng)驗(yàn)、發(fā)揮中國溫泉之都的示范效應(yīng)奠定了基礎(chǔ)，也擴(kuò)大天津地?zé)嵩谌珖脑捳Z權(quán)。在地表水回灌方面，天津已經(jīng)有了地方標(biāo)準(zhǔn)，但還應(yīng)當(dāng)制定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這樣才有利于在北方地區(qū)推廣。

三是，要在北方地區(qū)推廣利用。天津市、河北省以及河南、山東等省市，均分布有基巖熱儲(chǔ)，完全可以復(fù)制天津經(jīng)驗(yàn)。地球是一個(gè)龐大的熱庫，有源源不渴的熱能，只要增加作為介質(zhì)的水源，地?zé)崂镁涂梢猿蕩缀渭?jí)數(shù)增長。據(jù)分析，天津若在中心城區(qū)推廣利用地表水回灌，以年回灌量600萬立方米計(jì)算，不僅可扭轉(zhuǎn)中心城區(qū)熱儲(chǔ)壓力下降的趨勢，還可每年增加20對(duì)地?zé)峋拈_采量，增加集中供暖面積600萬平方米。

推廣地表水熱儲(chǔ)回灌技術(shù)是解決北方地區(qū)實(shí)現(xiàn)基巖地?zé)峥沙掷m(xù)利用促進(jìn)碳達(dá)峰目標(biāo)的可行之舉。

（文/侯福志，作者系天津市規(guī)劃資源局地勘處處長）  

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