中原油田蘭考六社區利用地熱供暖的分析與研究

□劉 婷 □王志娟

(1開封市水利工程總隊；2開封市城區水利局）

0 引言

中原石油勘探局第六社區位于河南省蘭考縣，南臨蘭考縣城，西北為黃河東壩，G220國道將基地分為東西兩院，東面為建設路及焦裕祿干部管理學院，西面和北面為蘭考的兩個村莊。總建筑面積約為28.80 hm2，其中22 hm2為民用住宅，其余6.80 hm2為公共建筑。

中原石油勘探局第六社區目前采用燃煤鍋爐供暖，鍋爐房于1987年建成投產使用，并于2001年擴建。現有4.20 MW燃煤熱水鍋爐4臺。根據歷史運行記錄，在最寒冷的時期，開啟3臺4.20 MW燃煤鍋爐即可滿足供熱負荷,年供暖成本804.40萬元/a。

供熱系統末端為散熱器采暖系統，供回水溫度為65℃/53℃，冬季室內設計溫度18℃。隨著燃煤鍋爐的取締，需尋找清潔能源進行代替。

1 分析研究目的

取暖用煤大多是價格低廉的劣質煤，二氧化硫及其他有害物質含量超標幾倍幾十倍，對人們健康和城鄉環境產生了嚴重影響。為解決中原油田蘭考六社區冬季供暖問題，提高社區居民生活水平，采用地熱與水源熱泵技術，實現供暖系統綠色低碳環保。同時，利用清潔的能源提高行業之間的發展、緩解城鄉能源環境問題，具有十分重要的意義。

2 研究區域地熱資源分析

經現場查看建設項目地下水取水工程擬選定的位置，了解中原油田蘭考六社區地熱供暖工程所處的地形和取水水源井位置及退水口位置的工程規劃設計情況，分析建設項目供水工程取水水源選擇的可靠性。

為取得準確的地熱數據，在第六社區范圍內進行了探采井的開鑿工作，于2013年12月完工并得到了試驗數據。故以此作為供熱設計的依據：

第六社區范圍內無有效取水井，能滿足取水要求。設計地熱井-井深為2000 m；單井取水能力為120 m3/h，日取水量達到240 m3/d。地熱井水溫：70℃；地熱水質情況（詳見地熱水水質報告），回灌情況采用加壓回灌。

2.1 地熱資源

水源熱泵可以利用目前開發較少、貯量較豐富的地下水，用于集中供暖，并將置換能量后的地下水全部回灌到同一含水層。通過采取可靠的回灌措施，不會對地下水資源造成浪費及污染。它是一種高效、節約、環保的供熱制冷新技術，屬于環保節能項目。完善相應的技術措施和管理手段，發展水源熱泵技術，在當前建設資源節約型、環境友好型社會中具有十分重要的意義。

地熱井出水能力：120 m3/h；地熱井出水溫度：70℃；井深：2000 m。

回灌井：1口抽水井對應1口回灌井，同時配合過濾裝置和加壓設施，實現回灌。

設計原則：可有效解決冬季供熱問題；盡量利用地下低品位能源，減少運行成本；有較好的經濟合理性。

2.2 熱源分析

地熱是一種無污染、可再生的清潔能源，與煤炭、石油和天然氣等傳統的化石能源相比，具備數量巨大、可再生、低碳、環保、就地取用等優勢。

蘭考縣位于秦嶺東西向構造體系，東端和新華夏構造體系的復合部位。沉積了較厚的第三系和第四系地層。通過1980 m深度探采結合井揭露的地層，為第四系和第三系松散沉積物質。地下1400～2000 m深分布有10余層地熱含水層，含水層巖性為細砂、中細砂、細中砂、粗中砂、粗砂，含水層總厚度約200 m，綜合地熱水水溫70℃，開采后可用于供暖。

本縣境內已有一口地熱井——考和1井，位于蘭考凸起古故道，現三公司基地鍋爐房內。熱儲層為上新近系明化鎮組地層中的砂巖熱儲，完鉆井深1.20 km，測井揭示水層95.60 m/13層，單井出水量60 m3/h。

根據該井的測溫資料，在埋藏深度1.20 km時地溫可達55°,實測計算蘭考地區地溫梯度為3.63℃／100 m。（參見圖1）。

圖1 考和1井井溫曲線

3 地熱井設計

從物探測井地層巖性看，通過與華北地層對比，地下深200～1270 m為新第三系明化鎮組地層，厚度1070 m，地層巖性為淺棕色砂巖、棕紅色泥巖。1270～1916 m為新第三系館陶組地層,厚度646 m，地層巖性為淺棕色砂巖、棕紅色泥巖，該組含水層厚度250 m，在1270～1916 m深地段有15層含水層沙層，僅單層粗砂厚度達20 m,透水性較好，在1240～1280 m深地段有一單層厚度達40 m的砂質粘土隔水層作為地熱水蓋層，具有良好的儲熱條件，地層水溫可達70℃，是比較理想的成井地層。1916～1980 m為東營組地層，厚度64 m，地層巖性為淺棕色砂巖、棕紅色泥巖。據蘭考縣及周邊已有的地熱井及油氣井資料分析，該區熱儲層主要是第三系明化鎮組和館陶組砂巖層。

4 換熱站設計

4.1 系統流程及原理圖

在油田附近蘊藏著大量的地熱資源，本方案用地熱水作為低溫熱源，采用熱泵系統為油田配套小區供暖，解決油田工人的冬季生活用熱問題。系統實現對地熱水的梯度利用，可最大限度地提高地熱水熱量的利用率。

系統主要設備及設計負荷條件下運行模式：

系統主要供熱設備包括：直供板換、離心熱泵、真空燃氣鍋爐。見圖2。

4.2 尾水處理

圖2 第六社區熱泵機房系統原理圖

該項目主要采用加壓回灌技術，主要回灌設備為地熱井加壓回灌泵，回灌比例大致為30%～40%，估算回灌壓力1.4 MPa（需要通過回灌試驗，得到確切的回灌壓力等數據）。

4.3 節水潛力與節水措施分析

4.3.1 節水潛力

地下水源熱泵在運作的過程中，不消耗地下水資源，存在極大的節水潛力，熱泵的工作原理就是在冬季通過水源熱泵機組，從水源中“提取”熱能，送到建筑物中采暖。所以保持水體的溫度就非常重要了，這樣就要采取一定的保溫措施，選擇保溫性能好的建筑材料，就可以相對地節省地下水資源。

4.3.2 節約措施分析

項目取水要安裝計量裝置，便于管理。管道要采用耐腐蝕的材質，并做好管道的密封措施，防止管道的水量漏失。

做好水源熱泵機組和水處理設備的選型工作，既要滿足供暖需求又要有效地實現地下水的循環利用，同時做好設備檢查維修，防止跑、冒、滴、漏現象發生。

要做好非供暖期水源熱泵機組的維護工作，保證設備的水循環率在使用時達到要求，同時在條件許可的情況下要更新設備，提高用水循環率。

做好回灌井的管理工作，保證回灌在密閉條件下進行，防止水量損失和水質污染。

加強物業管理人員和小區居民的節水培訓與教育，提高節水意識，努力建造節約型社區。

5 環境影響初步分析

地熱梯級利用是新型清潔能源利用技術，不存在固體廢棄物、有毒有害氣體及煙塵排放等問題，推廣使用地熱結合熱泵技術供暖可以有效減輕該地區冬季污染。

油田第六社區（28.80 hm2）的供暖負荷約16000 kW，節能減排數據見表1。

6 結語

本項目利用地熱供暖技術可行、經濟合理，項目符合國家地熱開發宏觀政策，符合蘭考縣經濟發展規劃，對蘭考經濟發展有積極的促進作用。項目完成后，年供暖面積28.80 hm2，供暖成本由原來的804.40萬元/a減少到414.40萬元/a，每年節約390萬元。

表1 能耗計算表

項目符合國家節能減排的基本國策，減少污染物的排放，每年減排量（標煤t）5178.39 t，有利于環境保護，對于建設資源節約型、環境友好型和諧社會將起到促進作用。

[1]蘭考縣年鑒編纂委員會.蘭考縣統計年鑒2012[M].蘭考縣年鑒編纂委員會，2012.

[2]河南省水利勘測有限公司.中原油田蘭考六社區地熱供暖工程項目水資源論證報告[R].鄭州：河南省水利勘測有限公司,2014.