天津地?zé)峄毓嚅_采可行性研究

天津地?zé)峄毓嚅_采可行性研究

天津可回收40多年的中、低溫地?zé)豳Y源。36以上可提取資金約588萬元。t3.a（表1）；注意：前面的？現(xiàn)實？如何？地面？加熱？資本？資源？流量為2500萬？3.a（其中，最近的熱儲1400萬h.a），巖？熱？儲層1100萬？a），約50%的可采資源，尤其是基巖的熱儲實際開采能力占可采資源量的61%。長期大規(guī)模開采不可避免地導(dǎo)致熱儲水位的快速降低。因此，有必要對熱儲進行人工再洗。1地?zé)豳Y源分布特點天津地?zé)豳Y源屬于斷陷盆地型中低溫地?zé)豳Y源,除了寶坻斷裂以北的山麓地帶由于受天然冷水流的干擾,使地溫明顯降低外,其他廣大地區(qū),地殼淺部地溫的分布狀況主要受凹凸相間的地質(zhì)構(gòu)造格局的控制,總的特點是呈現(xiàn)出高低相間的帶狀展布,高溫區(qū)與基巖隆起區(qū)一致,低溫區(qū)與基巖凹陷區(qū)相對應(yīng).天津地?zé)豳Y源的分布特點是:(1)分?布?面?積?廣.天?津?市?的?行?政?區(qū)?劃?面?積?為11305km2,區(qū)域構(gòu)造上,以寶坻斷裂為界劃分為南北兩區(qū).北區(qū)屬燕山臺褶帶,南區(qū)屬渤海灣盆地,宏觀上講,整個南區(qū)約87005km2范圍內(nèi)都賦存有地?zé)豳Y源.以平均地溫梯度3.5℃/100m為界線,天津地區(qū)共圈出10個地?zé)岙惓^(qū),如表2及圖1所示.(2)垂向上多個熱儲層疊置分布.天津市存在兩種類型熱儲,即上部以砂礫巖為主的孔隙型熱儲和下部以灰?guī)r、白云巖為主的巖溶裂隙型熱儲.孔隙型熱儲中又包括明化鎮(zhèn)組熱儲層和館陶組熱儲層,巖溶裂隙型熱儲中又包括奧陶系熱儲層、寒武系熱儲層和薊縣系霧迷山組熱儲層.(3)資源潛力大.廣泛的面狀分布和垂向的多層分布,決定了天津市地?zé)豳Y源的巨大潛力.根據(jù)初步估?算,天?津?平?原?區(qū)25℃以?上?地?熱?流?體?的?靜?儲?量?為8000億m3,可采儲量為70億m3.2回灌試驗研究天津地區(qū)地?zé)峄毓嘣囼炇加?0世紀70年代末,大體可分為4個階段.第1階段:20世紀70年代末至1995年,為初步探索階段.目的層是相對埋藏淺的新近系孔隙型熱儲,先后進行了3次試驗,分別在大港和塘沽對明化鎮(zhèn)組和館陶組熱儲層進行了對井回灌、多井回灌數(shù)值模擬及回灌理論的研究工作.試驗結(jié)果初步證實,在中低溫孔隙型熱儲中進行回灌是可行的.通過試驗,作者還對回灌設(shè)備、系統(tǒng)工藝、技術(shù)方法等進行了初步探索,發(fā)現(xiàn)回灌水溫度越高,地層吸水指數(shù)越大(圖2),回灌也越容易;同時發(fā)現(xiàn)回灌方式和灌壓對地層吸水能力有一定影響(圖3);在此基礎(chǔ)上建立了館陶組熱儲回灌摸擬的數(shù)學(xué)模型,對不同回灌方案進行了預(yù)測.這個階段,雖然單次試驗本身延續(xù)時間短,存在許多的不足,且只在后期才建立專門的回灌井,但從方法、工藝及理論方面進行了大膽探索,為后續(xù)工作的開展奠定了重要基礎(chǔ).第2階段:1995年至1997年,基巖熱儲回灌試驗,主要集中在薊縣系霧迷山組熱儲層.1995年10月在天津市一商儲運公司院內(nèi)開鑿了第1對霧迷山組熱儲層同層對井,并于1997年7月進行了專門回灌試驗.這次試驗研究了自然狀態(tài)下和加壓狀態(tài)下基巖熱儲層的吸水能力;通過一系列熱水回灌的方法試驗,分析了回灌水溫度、壓力、回灌方式對地層吸水能力的影響.通過這次試驗發(fā)現(xiàn)了類似于第三系回灌的一些規(guī)律,如回灌水溫度越高地層吸水指數(shù)越大,回灌也越容易,以及回灌方式和灌壓對地層吸水能力的影響.試驗證實了在巖溶裂隙型熱儲中進行回灌是可行的,回灌試驗取得的效果是比較理想的,為以后的回灌開采提供了可靠的依據(jù).第3階段:1997年至2001年,基巖生產(chǎn)性回灌試驗.通過對以往回灌試驗經(jīng)驗的總結(jié),自1997年開始嘗試對井回灌開采生產(chǎn)性試驗,并研究了10對基巖回灌對井.由于目前天津市的開?采?目?的?層主要集中在霧迷山組熱儲層,10對對井中除WR20對井生產(chǎn)井目的層為霧迷山組熱儲層、回灌井目的層為奧陶系熱儲層(異層回灌)外,其余全部為霧迷山組同層回灌.1997年至20001年4個采暖期開采量、回灌量統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表3.由表3可知,回灌量基本占到開采量的56%,回灌水溫度一般比開采溫度低20～30℃.在這一階段,研究了在回灌條件下熱儲層壓力場、溫度場和水化學(xué)場的變化規(guī)律,證實了回灌對延緩熱儲層水位下降的作用,而且未出現(xiàn)熱儲溫度下降等不良問題.在這次試驗中,為研究回灌水的運移規(guī)律,專門進行了示蹤試驗.選擇地?zé)崴匈|(zhì)量濃度很小的碘、溴、鉀等常規(guī)離子作為異常對象,示蹤劑為碘化鉀和溴化鉀,歷時80d,共取樣分析數(shù)據(jù)317個,其中[I-]項目為205個,[Br-]項目為112個,監(jiān)測離子的質(zhì)量濃度變化曲線如圖4所示.從圖4中可以看出,[I-]的質(zhì)量濃度基本上是在0.08～0.15mg/L之間波動,[Br-]的質(zhì)量濃度在0.7～1.2mg/L之間波動,沒有出現(xiàn)峰值.由此可見,回灌水的運移是個復(fù)雜的過程,同時也進一步證明了地?zé)峄毓嗟目尚行?回灌水不會在短時間內(nèi)到達開采井并形成熱突破.第4階段:2001年至今,新近系生產(chǎn)性回灌試驗.在基巖回灌取得經(jīng)驗的基礎(chǔ)上,自2001年開始對新近系明化鎮(zhèn)組熱儲層和館陶組兩對井進行對井回灌開采生產(chǎn)性試驗,試驗地點位于東麗區(qū)和武清區(qū),試驗方式主要為自然回灌,同時對加壓狀態(tài)進行了嘗試.利用回灌試驗數(shù)據(jù)作出時間與水位、回灌量、回灌溫度變化曲線圖(圖5及圖6).從圖5、圖6可以看出,在自然回灌狀態(tài)下,水位和溫度呈正相關(guān)變化,而水位與水量呈負相關(guān)變化.生產(chǎn)狀態(tài)回灌量可以維持在20m3/h左右,如果想增大回灌量,可考慮加壓回灌的方式.20多年努力探索取得的豐碩成果,證明了在天津?qū)嵤┑責(zé)峄毓嚅_采是可行的,它對延長地?zé)衢_發(fā)壽命、改善生存環(huán)境、保持資源的循環(huán)利用是非常有效的.3回灌試驗數(shù)據(jù)分析(1)由于客觀條件的限制,歷次試驗在試驗方法上無法做到規(guī)范化,這直接影響到對回灌效果的判斷和認識,進而影響后期的分析研究工作.筆者認為,地?zé)峄毓嗯c地?zé)衢_采一樣,同樣存在灌量、灌壓(水位)、溫度和水質(zhì)4個要素,而符合直接熱儲可灌性特征的是前3個,因此建議下一步工作重點應(yīng)放在這三者的關(guān)系上,進行不同條件下的系列試驗,控制兩個要素為定量研究另一個要素隨時間的變化特征;這是后期數(shù)據(jù)分析的重要基礎(chǔ).(2)以往對于試驗數(shù)據(jù)的分析,一般僅計算灌抽比,而未做深入的計算和研究,數(shù)學(xué)模型的建立也是基于開采條件下的熱儲參數(shù)進行的,筆者認為這不準確.與上同理,對于回灌試驗數(shù)據(jù)的分析同樣可以借鑒傳統(tǒng)的水文地質(zhì)計算方法,采用穩(wěn)定流或非穩(wěn)定流方法計算熱儲回灌狀態(tài)下的熱儲特征參數(shù)(或稱為可灌參數(shù)),包括導(dǎo)壓系數(shù)、滲透系數(shù)及壓縮系數(shù)等,并在回灌模型中使用.(3)回灌水運移規(guī)律的研究.雖然在第3階段進行了示蹤試驗,但未能準確反映回灌水在地下熱儲中的運移方式和途徑,這是前一段工作很大的缺憾.下一步還應(yīng)繼續(xù)進行這方面的研究,示蹤劑盡量選擇地?zé)崴斜旧頉]有的礦物成分,如同位素;觀測周期要長,務(wù)必監(jiān)測到峰值,以確定回灌水的運移方向和速度,這是實施大規(guī)?；毓嚅_發(fā)所必要的前提.(4)系統(tǒng)工藝研究.尤其在第4階段,對于回灌井成井工藝及地面水質(zhì)控制系統(tǒng)進行了大量的研究和試驗工作,今后的工作應(yīng)在此基礎(chǔ)上繼續(xù)加強,重點還要放在成井