地熱地質特征及地熱資源的開發利用與研究

李賡

摘 要：地熱資源是一種純綠色無污染的新型熱能資源，其既能作為發電的能量來源，還能將其作為供暖用水，以緩解遼河段居民供暖緊缺的問題。本文從當前遼河段的地熱地質特征開始介紹，并以此為出發點，制定出更加合理的地熱資源開發方法，旨在提升地熱資源的應用效率，提升地熱應用質量。

關鍵詞：地質特征;地熱資源;開發利用

中圖分類號：P314 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）12-0174-02

0 引言

當前我國的地熱資源十分豐富。其主要的分布狀況為淺層地熱資源、水熱型地熱資源和干熱巖三種。隨著當前人類的環保意識不斷提升，綠色無污染的地熱資源越來越被人們所重視。在進行地熱開采和開發的過程中，如何保證開采的質量和應用的有效性是當前需要解決的重大問題之一。

1 遼河地熱資源地質特征

1.1 地溫梯度特征

遼河地區通過長年以來的信息收集和實際測量，確定了其區域內恒溫帶深度為30m，溫度在10.5℃左右。東營組由于受到構造和深度影響，其地溫梯度的變化幅度較大但仍然有一定的規律。總體呈南高北低西高東低的態勢。西部凹陷地溫梯度范圍在2.7～3.9℃/100m，頂部凹陷地溫梯度則在2.4～4.0℃/100m;沙河街組沙一二段地溫梯度總體呈南高北低、西高東低的趨勢，西部凹陷低溫梯范圍在2.4～4.5℃/100m，而東部凹陷地溫梯度范圍在2.5～4.0℃，平均為3.2℃;沙三段地溫梯度的變化則較大，西部凹陷地溫梯度范圍在2.8～4.5℃，平均為3.9℃;東部凹陷地溫梯度范圍在2.4～4.0℃，平均為3.4℃。遼河盆地地區的大地熱流平均值在1.5HFU，其屬于在穩定地塊上發育起來的中新生代斷陷盆地，而其熱流值相較于同類型地塊更高[1]。

1.2 地儲層物性特征

遼河盆地下第三系儲層的類型以碎屑巖為主，其具有層系多、成熟度低、成因復雜、磨圓較差、骨架顆粒分選以及填隙物含量大等特點。儲層物性在縱向上和橫向上都具有多變性。縱向上淺埋儲層物性較好，而隨著埋深增加，其物性變差。橫向上表現為西高東低、南高北低。特別是在滲透率反映上，分布更為明顯。結合遼河盆地的沉積相表明，橫向上的儲層物性成因主要是由于沉積環境影響而導致的情況。

1.3 遼河盆地熱儲識別及物性特征

進行熱儲特征劃分的過程中，為了滿足當前的熱儲物性特征的劃分原則，需要將整個遼河段分為三段，即東營組、沙一二段組和沙三段組，并對其熱儲物性進行分析。

東營組熱儲的頂面埋深為834.5～1823.0m，地層厚度為80.5～176.0m之間，地層溫度為35～72℃，孔隙度一般在0～32%之間。滲透率一般在0～760*10-3μm2左右。東部凹陷中段和南段泥巖蓋層在較大范圍內成片分布。

沙一二段地層埋藏較深，其地層厚度在237.0～448.0m之間，地層溫度在40～75℃，孔隙度在11.2～25.6%左右，滲透率在0～525*10-3μm2左右浮動。并在25～175*10-3μm2之間分布頻率較大。沙一中段的泥巖分布廣泛，除地層邊緣外其泥巖區的累積厚度均在300～500m左右。

沙三段熱儲埋藏較深，因此地層溫度能夠達到54～92攝氏度左右，其主要巖性為砂礫巖孔隙度在10.4～24.6%左右，滲透率則在0～290*10-3μm2左右，并在10～92*10-3μm2范圍內變化最大，其與東營組與沙一二組相比的孔隙度和滲透率都很小，并且表現出縱向變化大，橫向不穩定的特征，其熱儲性能相對較差。

1.4 地下熱水化學場特征

1.4.1 平面水化學場

就礦化度而言，東營組的西部凹陷礦化度普遍高于西南部雙臺子區附近，東部凹陷在南部于樓地區出現高值，大民屯凹陷處礦化度由北向南逐漸增大;沙一二段礦化度在西部凹陷處的礦化度在2500mg/L～3000mg/L，大民屯凹陷的礦化度則由南向北從2000mg/L提升到了7000mg/L，東部凹陷黃沙坨附近則降低到了2500mg/L～3000mg/L，其水型為NaHCO3型;沙三段礦化度與沙一二段相似，水型也相同，但在大民屯附近達到了最低值2500mg/L。

1.4.2 垂向水化學場

遼河盆地地下水的礦化度在垂向上變化方面的特點十分顯著，其具體表現為自下而上礦化度逐漸下降，而埋藏越深、層位越老的區域地下水的礦化度更高;埋藏淺時，礦化度則會無視層位降低，并與地下水補給區的距離相關。這一規律說明遼河地區深部地下水的封閉條件好，因此交替作用較弱。遼河盆地地下水礦化度縱向礦化度與其埋藏深度呈正相關，通過大量的統計數據得出其水位礦化度會隨著深度的變化而變化。同一深度地下水的礦化度具有西部凹陷大于東部凹陷，東部凹陷大于大民屯凹陷的特點。不同的埋深礦化度差異也很大：埋深小于1km時，礦化度一般在1000～2000mg/L;埋深在2～3km時，礦化度則在3500～6500mg/L左右。這一特征說明地下水淺部封閉條件差，地層水的交替作用活躍，而深部封閉性好，地層水交替作用相對減弱。

1.5 熱儲水的物化特性

1.5.1 物理性質

該區域由于十分靠近油田，因此其水質在物理性質上帶有一定的油田水痕跡，其受到各種可溶物質、膠質和有機烴類物質影響而帶有一定的顏色。部分地層中的水質內溶解了一定程度的H2S而具有臭雞蛋的氣味，若是水之中含有烴類則會產生汽油或者煤油的味道，油田水質口感較咸，有澀味，若是溫度適宜細菌生長則還會帶有大量的烴類細菌使水呈現棕灰色。

1.5.2 化學性質

遼河盆地的地熱水屬于NaHCO3類型，礦化度中等偏高，pH值在7～9之間水中含有少量鋅、錳、銅、鋰、鉻、鎳、鍶等元素，但是占比不到1%;而溴、碘、硼等元素的含量在4～8mg/L，脂肪酸、環烷酸的含量在20～350mg/L左右，甲苯及苯的含量在1mg/L左右，氣態烴含量在6～8mg/L左右[2]。

2 當前的地熱資源應用形式

2.1 地層熱水型地熱資源的運用

2.1.1 地熱供暖

溫度高于75℃的低礦化度地熱水可以直接作為供暖用水來注入供暖管道對周邊進行供暖;而高礦化度的熱水由于礦物質會腐蝕管道，因此需要利用熱交換器將熱量交換至導熱液體中，然后再將其進行升溫后輸送到供熱系統的管路中進行供熱。地熱供暖節省了大量的燃料，同時還降低了環境方面的污染，是一種優秀的供暖方式。

2.1.2 發展溫泉旅游業

供暖回水和地熱制冷后的尾水，甚至溫度不高，水質良好的地熱井直接采出的低溫熱水都可供居民、賓館和飯店作為生活和洗滌用水使用。通過開設溫泉度假村、溫泉賓館等特色休閑設施來提升當地的生活質量并進行創收。

2.1.3 地熱農業與養殖業

遼河地處我國東北部，其冬季漫長且寒冷。一旦到達冬季，戶外農耕和養殖工作便很難進行。而暖棚、溫室的生產過程中會消耗大量的燃料，導致農作物和畜牧生產的成本變高，進而使產品缺乏市場競爭力。若利用低溫熱水或供暖后的二次回水再次給溫室種植和水產養殖業提供熱能，則會大幅降低農業供熱所消耗的燃料，并促進新型農業的發展，并為東北地區提供豐富的冬季農業和畜牧產品。

2.1.4 油田供能

雖然油田為國家提供了大量的能源原料，但其同時也是能源消耗的大頭，為了保證油田節能減排工作的質量。利用地熱資源來補充油田生產中消耗的能量，可以大幅節省燃料能源，并降低油田對化石能源的消耗量。除了應用地熱水來直接供暖外，還可以將地熱能源應用于油田生產過程中。利用熱水驅油，地熱供電等方式來驅動大型機械和油泵，以降低油田的耗能。

2.1.5 工業用途

地熱資源作為天然的熱能資源，還可以作為工業過程中的熱源使用，不論是食品加工業、輕工業和重工業均有一定的作用。其既能在輕工業用于食品烘干，微生物發酵、冷凍品解凍等，還能用于重工業中的供能、加熱等工作，并將其作為冷卻水使用。

2.2 油田產出水的地熱資源利用

2.2.1 回注驅油

在油田下方直接抽出的熱水在經過脫油之后能夠將其進行回灌并作為驅油水來進行回灌工作。將這種具有一定溫度的水灌注到油田之中，既能節約淡水資源，還能利用水的溫度來增大石油的流動能力，進而提升采油的質量和效率，同時減少油田廢水的排放，并通過回灌的方式來提升油田地下的壓力，防止出現塌陷的情況。

2.2.2 熱泵技術

熱泵技術是利用先進的專用設備對空氣、水體和突然中蘊藏的低溫熱能中來提取能量的一種方式熱泵能夠從低溫地熱尾水中提取能量，并通過降低地熱尾水排放溫度的方式提升地熱的利用溫差的方式，通過太陽能、空氣中和淺表地熱源的熱能等對分布于熱源附近的細管中的冷水進行加熱并統一對熱量進行回收的方式來對熱能進行利用，能夠在一定程度上提升地熱使用的效率，并回收諸如氣泉眼、淺表性地熱泉等難以進行改造的熱量。

2.2.3 油田集輸伴熱

利用油田產出水進行凈化后作為油田維溫水并將其注入集輸管道，能夠將油管中由于溫度過低而凝固的原油加熱并增強其流動性，從而大幅度節省油田中加熱維溫水而消耗的能量，避免由于管道內溫度過低而產生原油凝固堵塞的現象。

3 提升資源利用效率的對策

3.1 提升對資源利用效率的認識

遼河油田作為我國重要的石油供應來源之一，在進行石油管理與地熱源管理的過程中還要對其具有一個較為系統的認識，由于地熱新能源作為一種不常用的能源，并沒有足夠的相應配套設施對其進行應用和管理，因此煤炭仍然占據著能源的主導份額。相關部門要對地熱資源進行詳細地了解，并研究利用這種可再生資源的方式。同時增加對新能源開發的資金投入，并從節約能源和環境保護兩方面出發，爭取將傳統的石油開采企業建成具有先進性和時代意義的新式能源利用企業。

3.2 制定合理的布局方案

要想保證地熱能源的順利開發，合理的布局是十分必要的。在進行地熱開采的過程中，既要保證控制水位的下降速率，延長熱田的壽命，還要做好全區地表水。地下水的統一規劃。通過系統地調度和各個企業聯合管理的方式來提升供水的質量，同時采取一水多用、水力循環和廢水再利用的方式來提升水資源管理的質量，從而有效減少資源開采量的同時節約地下水資源。并在進行地下熱源開采的過程中建立完善的法規法案，同時科學設計城市布局，以保證地熱能源的分配更加科學[3]。

3.3 強化回灌技術

為了防止地下水位不斷降低，保證地熱資源能夠得到合理地運用，則需要加強對回灌技術的研究，并增大回灌的力度。并針對于不同井的不同情況采用具體的回灌方式：對井回灌、同井回灌、自然回灌、加壓回灌、同、異層回灌。

4 結語

總而言之，要想保證我國的地熱資源得到合理地開發和利用，首先要明確當前的地熱儲量和地熱地質情況，才能做好萬全的開采準備。當前遼河地熱資源豐富且形式多樣，只有做好了地熱特征分析，才能將其以最大化的方式加以利用。在進行地熱資源開發的過程中，則需要針對其地熱特點，做好相應的開發工作。

參考文獻

[1] 王轉轉，歐成華，王紅印.國內地熱資源類型特征及其開發利用進展[J/OL].水利水電技術：1-11[2019-05-09].

[2] 涂明江.地熱地質特征及地熱資源的開發利用分析[J].西部資源，2019（01）：196-197.

[3] 龔曉凌，王現國，楊國華.地熱資源特征及開發利用[J].河南水利與南水北調，2018，47（04）：84-85.