寶坻區寶9區塊地熱資源開發潛力及對策分析

□文/郭充

寶坻區寶9區塊地熱資源開發潛力及對策分析

□文/郭充

地熱資源作為一種綠色資源，越來越受人們的重視和利用。近年來，天津市經濟發展迅猛，為打造綠色城區，減少城市污染，對綠色能源需求逐年增加。文章對寶坻區寶9區塊地熱地質構造條件進行了論證分析，預測區內新近系館陶組熱儲層地熱水水溫、水量、回灌量并提出了地熱資源開發利用對策。

地熱；資源；熱儲層；開發；天津；寶坻區

近年來，天津市經濟發展迅速，對能源需求越來越大，地熱資源作為一種環保型能源，以其清潔、無污染的特點備受人們青睞。天津市地熱資源豐富，是我國首批“中國溫泉之都”之一，利用地熱資源提高城市品位，改善生活條件，同時減小燃煤等造成的污染是天津市城建工作中一項重要舉措[1]。

寶9區塊于天津市寶坻區內，潘青公路與九園公路交口。區內城市供熱配套設施不完善，供熱需求較大。為此，對該區地熱資源開發潛力進行分析，制定科學合理地開發規劃，對實現該區地熱的可持續開發利用有著十分重要的意義[2]。

1　地熱地質條件

1.1構造特征

本次研究區范圍見圖1。寶9區塊構造位置位于冀中坳陷（Ⅲ級）的武清凹陷（Ⅳ級）上，武清凹陷北以寧河-寶坻斷裂為界與寶坻凹褶相鄰，東南以古近系缺失線為界分別與大城凸起、王草莊凸起相接；凹陷內沉積巨厚的古近系，基巖以中生界為主。區塊內基巖為中生界和古生界奧陶系，頂板埋深為2 800～3 200 m。附近發育斷裂主要有漢沽斷裂、牛蹄河斷裂、楊碼頭斷裂及八道沽斷裂。

1.2地層特征

根據區域地質及鉆井資料，研究區已揭露的地層自上而下有新生界第四系、新近系及古近系、中生界、古生界石炭-二疊系、奧陶系和寒武系、中新元古界的青白口系和薊縣系霧迷山組。

1.3地溫場特征

在研究區中，由于地質構造條件差異，形成了兩個地溫梯度高值區，一個是研究區北部牛蹄河斷裂以北基巖淺埋區，屬于周良莊地熱異常區范圍，地溫梯度值最大值＞4.0℃/100 m；另一個為研究區南部大唐莊附近，緊靠漢沽斷裂，屬于潘莊地熱異常區范圍，地溫梯度值最大值＞4.0℃/100m。

寶9區塊所在位置屬于正常增溫區見圖1，根據區域蓋層平均地溫梯度圖，推測寶9區塊所在位置蓋層平均地溫梯度為2.5～2.8℃/100m，見圖2。

圖2　研究區蓋層平均地溫梯度等值線

1.4熱儲層特征

研究區從上到下發育兩種類型的熱儲：即上部以砂礫巖為主的孔隙型熱儲（包括新近系明化鎮組熱儲層和館陶組熱儲層）；下部以灰巖、白云巖為主的巖溶裂隙型熱儲（包括奧陶系、寒武系和薊縣系霧迷山組熱儲層）[3]。

1）新近系明化鎮組熱儲層。該熱儲層為一套砂巖、砂礫巖與泥巖頻繁交互疊置的河流相沉積層，在區域內普遍分布。揭露熱儲頂板埋深為253～507m，揭露厚度為689～1180m。研究區2眼該層地熱井出水溫度為45～48℃，單井出水量60～90 m3/h。該層地熱流體化學類型為HCO3-Na型，總礦化度為900mg/L左右。

2）新近系館陶組熱儲層。該熱儲層在研究區部分地區缺失，為河流相碎屑巖沉積層，揭露頂板埋深為1346～1433m，揭露厚度為161～404m。根據區域地溫梯度估算，熱儲溫度在40～59℃。研究區西側WQR-22井成井目的層為館陶組熱儲層，該井井口流體最高溫度59℃，出水量為126 m3/h，地層孔隙度為23.01%～29.27%，滲透率為219.6×10-3～718.57×10-3μm2，泥質含量為11.35%～22.19%；流體水化學類型為HCO3-Na型，總礦化度為871.2 mg/L，pH為8.55，總體來說，館陶組熱儲條件較好。

3）古生界奧陶系熱儲層。該熱儲層在研究區部分地區缺失，該層裂隙發育很不均勻，一般靠近凸起中心部位或導水斷裂帶附近裂隙、巖溶發育較好。揭露頂板埋深2 270～2 830 m，鉆遇厚度314～726.39 m（未穿）。流體水化學類型為HCO3-Na型，礦化度為1 000 mg/L左右。

4）古生界寒武系熱儲層。該熱儲層在研究區部分地區缺失，分布在背斜兩翼，區域發育不穩定，在中部（背斜核部）有缺失，其余地區均有分布。揭露頂板埋深1988～2414m，揭露厚度為129～1146m。研究區目前尚無該儲層地熱井。流體水化學類型為HCO3·SO4·Cl-Na型，pH值為8.0左右，總礦化度1 020 mg/L，總堿度約287.0mg/L左右，總硬度為120.0mg/L左右。

5）薊縣系霧迷山組熱儲層。該熱儲層在研究區普遍分布，揭露頂板埋深為2 244～3 344 m，揭露厚度157～451m（未穿）。研究區東北部霧迷山組埋深較淺，出水溫度為101～113℃，流體水化學類型為HCO3·SO4·Cl-Na，總礦化度1 000～1 200 mg/L。研究區中部及西南部大部分地區該地層埋深普遍＞4 000 m，尚無地熱井鉆遇該層。

綜合考慮熱儲層埋深，地層發育穩定性，熱儲層溫度和出水量，確定新近系館陶組為寶9區塊地熱資源開采的熱儲層。

1.5周邊地熱開采現狀

寶9區塊周邊尚無地熱井，整個研究區目前共有8眼地熱井，其中新近系明化鎮組地熱井2眼，館陶組地熱井1眼，奧陶系地熱井1眼，霧迷山組地熱井4眼。

明化鎮組地熱井主要用于漁業養殖，近幾年未使用。館陶組1眼地熱井主要用于居民洗浴，開采量為22.8×104m3/a。奧陶系地熱井1眼主要用于供暖及居民洗浴，尚未開采。薊縣系霧迷山組4眼地熱井，目前仍自流，自流量為30～69 m3/h；其中1眼為回灌井，由于自流未能實現回灌。地熱流體主要用于建筑供暖、溫泉洗浴及旅游度假，開采量為43.3×104m3/a。井口壓力有逐年降低的趨勢，目前井口壓力在0.13～0.39MPa。

2　地熱流體水質分析

2.1地熱流體的水質分析

寶9區塊內館陶組熱儲層地熱流體總礦化度為800～1 000 mg/L，水化學類型為HCO3-Na型，pH值約8.2～8.6，按酸堿度分類為弱堿性水。

2.2地熱流體質量評價

寶9區塊館陶組熱儲地熱流體為無腐蝕性熱流體，無硫酸垢和硅酸垢生成，可能會有輕微碳酸鈣垢或者不生成碳酸鈣結垢。但是實際使用過程中，流體與空氣接觸會改變流體性質對管道產生腐蝕，所以利用時使用的管材和設備應具有防腐性。

3　地熱水水溫、水量及回灌量預測

蓋層底板溫度依據式（1）進行推算

式中：Tg為蓋層底板溫度，℃；D1為熱儲層中點埋深，根據預測寶9區塊館陶組中點埋深1 500～1 625 m；Gg為蓋層平均地溫梯度，2.5～2.8℃/100 m；D2為常溫層埋深，30m；T0為常溫層溫度，13.5℃。

經計算，寶9塊館陶組熱儲溫度約為50～58℃。由于地熱流體自井筒向井口運移過程中，因受流動速度、流量大小、井壁阻力等諸多因素影響，使得井口水溫小于熱儲層流體的溫度，成井段越深、流量越小，溫度損失越大。依據經驗，天津地區館陶組地熱井井口溫度低于熱儲層溫度約2～4℃，所以預測寶9區館陶組地熱井的出水溫度約為46～56℃。

地熱井水量預測主要采用與同構造單元、同熱儲層開采井實際出水量進行比擬確定。依據研究區周邊館陶組熱儲層地熱井出水量估算，預測寶9區塊館陶組地熱井出水量約為60～80m3/h。

近年，與寶9區塊處在同一構造單元的武清WQ-23B井采用射孔成井工藝，回灌工作取得了較大突破，單井穩定回灌量達到120m3/h，回灌效果良好。但是構造位置相同、與WQ-23B井距離較近且水文地質條件類似的館陶組WQ-15B井，采用二開過濾器成井工藝，單井加壓最大回灌量為40 m3/h并且衰減較快，回灌效果不理想，說明射孔成井工藝對于改善館陶組地熱井回灌效果具有明顯作用。寶9區塊館陶組熱儲條件相對WQ-23B和WQ-15B兩井較差，可能回灌效果次于WQ-23B井。如果采用射孔成井工藝，預計寶9區館陶組地熱回灌井回灌能力為60～80 m3/h，滿足《天津市地熱資源規劃（2011-2015年）》“孔隙型熱儲層采灌系統回灌率達到60%以上”的要求。

4　地熱資源開發利用對策

本區新近系館陶組地熱資源豐富。要對本區地熱資源進行合理開發，必須控制年開采量并進行回灌處理，防止過度開采形成較大降落漏斗[4]。根據本區具體情況，制定如下開發利用對策。

1）采用同層對井采灌方式開發，制定合理布井方案。地熱采、灌對井的井底合理距離，主要取決于冷熱水的混和鋒面自回灌井向開采井的運移時間和速度[5]。本區新近系館陶組熱儲層為孔隙型熱儲層，其地熱采、灌對井井距遵循以下數學關系式

式中：D為對井井底距離，m；Q為年總回灌量，回灌量預測為60～80 m3/h，計算取平均值70 m3/h；每年采暖期（120 d)進行回灌，即Q=70×120×24＝201 600（m3/a）；b為熱儲層有效厚度，取75 m；n為熱儲層孔隙度，取28%；t為冷熱水混和鋒面到達開采井的時間，按50a計。

由式（2）計算得知，D=801 m，即地熱井的井底距離為801 m時，冷熱流體混和鋒面在50 a后可到達開采井，產生熱突破。因此為避免相互干擾或過早出現熱突破現象，地熱井的合理井底距離應＞801m。

2）采用地熱間接供熱方式。一方面，可以避免地熱流體對供熱系統的腐蝕，延長系統使用壽命；另一方面，可以實現地熱原水回灌，減少地熱流體直接排放造成的環境污染，節約排污費用，實現地熱資源的可持續開發。

5　結論及建議

1）研究區位于冀中坳陷（Ⅲ級）的武清凹陷（Ⅳ級）上，新近系館陶組熱儲層廣泛分布，該層地熱水水溫高、水量大，滿足供熱需求，預計區塊內館陶組熱儲層地熱井井口流體溫度46～56℃，出水量60～80 m3/h，地熱井單井回灌量為60～80m3/h，具有良好的開采前景。

2）采用采灌對井方式開發利用地熱資源，井距＞801 m；開采井采用過濾器、回灌井采用射孔工藝成井；采用地熱間接供熱方式，預計可滿足6.01×104m2住宅建筑用戶的冬季供暖需求。依據“以灌定采”的原則確定實際可開采量，根據實際回灌量等動態情況及時調整開采指標。

[1]馬鳳如，林黎，王穎萍，等.天津地熱資源現狀與可持續性開發利用問題[J].地質調查與研究，2006，（3）：222-228.

[2]王貴嶺，張發旺，劉志明.國內外地熱能開發利用現狀及前景分析[J].地球學報，2000，21（2）：134-135.

[3]徐云鵬，李振杰.天津市塘沽區地熱井鉆井技術改進分析[J].西部探礦工程，2012，（5）：82-86.

[4]鄭克.中國地熱資源開發與保護[M].北京：地質出版社，2007.

[5]劉杰，宋美鈺，田光輝.天津地熱資源開發利用現狀及可持續開發利用建議[J].地質調查與研究，2012，（1）：67-73.

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.01.003

□P314.1

□C

□1008-3197（2015）01-07-03

□2014-11-21

□郭充/女，1989年出生，助理工程師，天津地熱勘查開發設計院，從事地熱研究工作。