[摘要]：遼河油田地熱資源豐富，2005年進行地熱資源普查以來，從中淺層低溫地熱資源到深層中高溫地熱資源利用，從民用到工業(yè)生產(chǎn)，經(jīng)過13年的技術創(chuàng)新，逐漸找到了一條符合油田實際發(fā)展、經(jīng)濟高效開發(fā)地熱能源的技術創(chuàng)新之路。
地熱能作為一種可再生的清潔能源，開發(fā)前景廣闊。然而地熱開發(fā)當前陷入了“叫好不叫座”的窘境。究其原因，更多的是受來自地熱開發(fā)技術瓶頸以及開發(fā)效益成本等方面的制約。
遼河油田地熱資源豐富，2005年進行地熱資源普查以來，從中淺層低溫地熱資源到深層中高溫地熱資源利用，從民用到工業(yè)生產(chǎn)，經(jīng)過13年的技術創(chuàng)新，逐漸找到了一條符合油田實際發(fā)展、經(jīng)濟高效開發(fā)地熱能源的技術創(chuàng)新之路。
找準癥結
9項專利對癥施藥
10月31日6時，遼寧盤錦室外氣溫已近冰點，家住潤誠苑小區(qū)的張女士家里卻暖烘烘的。這股熱水的來源，正是遼河油田利用4口深層地熱水井，通過水源熱泵技術，制出高溫熱水實現(xiàn)潤誠苑小區(qū)17萬平方米的住宅供暖。僅此項目遼河每年可實現(xiàn)收入300多萬元，節(jié)約燃煤3000噸，減少二氧化碳排放1.6萬噸。
遼河油田地熱能總儲量相當于340億噸標準煤，接近油田已探明石油儲量的10倍。僅以目前的技術水平，采出的地熱流體量就可以灌滿1.3萬個杭州西湖，其蘊藏的能量相當于7億噸石油。根據(jù)2017年國家能源發(fā)展“十三五”規(guī)劃，到2020年我國非化石能源消費比重將提高到15％。巨大的地熱儲量，為遼河地熱開發(fā)利用提供了重要資源保障。
“光有資源儲量，拿不出來，還是只能做無用功。”國家能源局地熱標準委員會專家、遼河油田供水公司副總地質師姚艷華表示，“當前限制地熱發(fā)展主要有兩大因素，一是地熱開發(fā)利用存在一定的技術瓶頸；二是投資成本高，回收周期長，難以做到經(jīng)濟效益與社會效益雙贏。”
只有找準癥結，方能藥到病除。2005年開始，遼河技術人員開展13年技術攻關，先后經(jīng)歷三個階段：第一階段從2005年到2011年，主要包括資源勘查、技術儲備、嘗試利用等；第二階段從2012年到2015年，為持續(xù)研究、承攬項目，技術升級階段；第三階段從2016年至今，主要是技術應用、成果轉化、業(yè)務拓展等。
“現(xiàn)在，遼河已形成了包括地熱井成井技術、同層回灌技術、廢氣井改造技術、資源評價數(shù)值模擬技術四大技術成果，水源井‘對井’邊開采邊回注技術、地熱水人工密封回灌方法等9項專利技術。”姚艷華說，“目前這些技術已經(jīng)在多個領域推廣應用，取得了良好的經(jīng)濟效益與社會價值。”
2006年開始，遼河油田利用現(xiàn)有水源單井分別在歡喜嶺、曙光、高升等地區(qū)進行了不同層位的地下水回灌試驗并形成專利技術，達到了國內(nèi)領先水平，使熱泵技術在沉積平原的廣泛應用成為可能；2016年在于樓地區(qū)利用3口廢棄井，通過射孔、下防砂篩管、取換套、下泵試水等，完成了廢棄井改造，實現(xiàn)了興一礦2.5萬平方米辦公場所的供暖，使得油田閑置資產(chǎn)得以重新利用，大大降低了鉆井成本。
同層回灌
高效經(jīng)濟開發(fā)地熱資源
地熱是一種清潔低碳可再生能源。然而用于地熱開發(fā)中深層的地熱水，卻屬于非可再生資源。
地熱能開發(fā)遵循“取熱不取水”“以灌定采”的原則，要想充分持續(xù)開采出熱儲層中的熱資源，保持水井的出水能力，避免地面沉降等地質災害，就必須保證原始狀態(tài)的平衡，維持熱儲層的壓力。回灌技術就是采用人工措施將地表水或其他水源的水注入地下以補充地下水，又稱地下水人工回灌、地下水人工補給，是當前實現(xiàn)地熱資源可持續(xù)利用的唯一有效方法。
地熱井回灌要遵循兩條基本原則：一是不導致深層地下熱水溫度顯著下降，二是回灌水質要優(yōu)于或等于原地下水水質。目前世界上回灌方式有很多種，主流有兩種：一種是加壓回灌，是在一定壓力下保證回灌的持續(xù)進行，但耗電量大，回灌成本高；另一種是“回揚—回灌”方式，是在無壓自然狀態(tài)下進行回灌，采用定期回揚的措施在短時間內(nèi)消除或緩解井管堵塞問題，疏通回灌水的運移通道，提高回灌效率。
在此基礎上，技術人員結合油田生產(chǎn)實際，積極攻關地熱回灌技術。他們首先進行抽水試驗，以確定含水層層滲透系數(shù)及取水量，然后進行單井自然回灌，進一步確定回灌水量、回灌衰減系數(shù)等。利用集水管網(wǎng)壓力水進行定壓力回灌試驗，掌握壓力回灌下的地層滲透系數(shù)K變化及回灌量、回揚（地熱井堵后反抽）周期。經(jīng)過不懈努力，最終成功自主創(chuàng)新出地熱井同層回灌技術。2006年至2017年分別在歡喜嶺、曙光、高升、沈采等地區(qū)進行館陶組、明化鎮(zhèn)組、沙河街組水層回灌試驗，采灌比達到11，基本解決了大量開采根本無法使用或排放難題，使地熱資源在油田礦區(qū)大規(guī)模開發(fā)利用成為可能。
“同層回灌技術提高了水井的利用率，使大規(guī)模利用熱泵開發(fā)地熱資源成為可能。同時，可延長水井回揚周期，減少維護成本。”姚艷華說。2015年起，遼河油田在小龍灣、潤誠苑、興一礦15口水井中推廣應用回灌技術，不但回灌量有所增加，而且回揚周期由原來7天延長為現(xiàn)在的150天，實現(xiàn)油田地熱資源高效經(jīng)濟開發(fā)。
變廢為寶
廢棄油井變身“地熱田”
據(jù)估算，地熱能資源約為全球煤炭儲量的1.7億倍，每年從地球內(nèi)部經(jīng)地表散失的熱量相當于1000億桶石油的熱當量。對比風能、太陽能等可再生能源，地熱資源具有安全、穩(wěn)定、不受季節(jié)和晝夜變化影響、清潔、低碳、可再生等優(yōu)勢。
我國是一個地熱資源豐富的國家，這對于地熱開發(fā)是一個非常大的優(yōu)勢。然而目前國內(nèi)地熱發(fā)展仍處于起步階段，處于“叫好不叫座”的境地。地熱緣何“不熱”，除了技術瓶頸外，高成本仍是制約地熱行業(yè)發(fā)展的突出問題。
遼河油田已進入開采中后期，留存大量的閑置井。而這些井雖然不具備油氣生產(chǎn)條件，卻可以用來實現(xiàn)地熱資源的開發(fā)利用。
“常規(guī)手段開發(fā)地熱資源投資較大，但通過將廢棄的油井、氣井、注水井改造為地熱井，既可減少打井投入，又能盤活油田資產(chǎn)，可謂一舉多得。”遼河油田供水公司技術管理人員介紹。統(tǒng)計顯示，遼河油田目前具有改造成地熱井潛力的廢棄油氣水井達2000余口，并已擁有自主創(chuàng)新的定點取換套、襯篩管防沙等專利技術，已應用服務于油田生產(chǎn)過程中。
遼河興隆臺采油廠作業(yè)一區(qū)辦公樓取暖用熱能，就來自一口廢棄多年的油井——黃06-6井。2016年10月，遼河油田對這口井地下熱水層進行射孔、壓裂、酸化改造后，獲得日產(chǎn)1000立方米的地下熱水，并在采暖季用這些地熱資源為部分單位辦公樓供暖。改造黃06-6井，比打新地熱井節(jié)省鉆井投資200萬元，建設成本降低了50%以上，運行成本也低于燃煤鍋爐，7年即可收回項目投資。
當然，廢棄井改造技術也有其局限性，比如受井下情況相對簡單、距離用熱點近等限制。但其創(chuàng)新的降本思路、可貴的經(jīng)濟價值及成熟的技術經(jīng)驗，對于國內(nèi)同樣具有地熱開采資源的油氣田企業(yè)而言，具有借鑒和推廣價值。
專家連線
記者：遼河地熱開發(fā)技術現(xiàn)場實際應用情況如何？地熱開發(fā)技術研發(fā)升級的方向和目標？
姚艷華：目前，我們已掌握地熱井成井技術、同層回灌技術、廢棄井改造技術和資源評價數(shù)值模擬技術四項主體技術，分別為浙江、華北、冀東等油田提供技術支持，但是在一些技術應用細節(jié)方面，還需進一步提高，比如廢棄井改造技術，改造后的換熱技術等。
雖然遼河油田是中國石油第一家開展廢棄井改造及井下?lián)Q熱的油田，但在換熱效果方面并沒有達到國內(nèi)領先水平，對于這種“取熱不取水”的技術，我相信在未來政策支持的大趨勢引導下，將會占有一席之地。另外，儲熱技術也是未來地熱利用業(yè)務發(fā)展的重要方向，可以有效降低運行成本。是水蓄熱好，還是無機鹽儲熱效率更高？這些都是下一步的研究方向。
記者：當前地熱資源開發(fā)大多還處于“叫好不叫座”的窘境，遼河要想開發(fā)好地熱資源，您覺得還需要哪些方面支持？
姚艷華：其實，地熱利用業(yè)務本身利潤空間較小，如果按照工程項目的投資回收期去考核，項目很難實施下去。我們進行過詳細探討，認為中國石油應該針對地熱利用業(yè)務量身定制一套新的評價方法，比如生命周期評價法，針對地熱井或者管道的使用壽命，重新考量資產(chǎn)折舊年限。同時，希望能夠在用水、用電、用地方面給予一定的支持。另外，地熱利用不僅僅會帶來直接的經(jīng)濟效益，也能帶來很好的環(huán)保效益和社會效益，應該著重考慮。
記者：如何有序進行大規(guī)模開發(fā)地熱資源？
姚艷華：要大規(guī)模實施地熱項目，應該做好頂層設計，制定有針對性的政策給予支持，充分發(fā)揮我們的技術、人才、資源、資料占有等優(yōu)勢。同時，積極引入社會資本，加大地熱業(yè)務的推廣應用范圍。
另外，地熱在今后將會作為獨立礦種，我們在探礦權和采礦權方面要主動爭取。 （楊碧泓采訪）
?。ㄒζG華為國家能源局地熱標準委員會專家、遼河油田供水公司副總地質師）
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