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彭玉明:鲁西北砂岩地区多井联动尾水梯级利用地热清洁供暖模式典型案例

2020-09-23 14:23:08 中国能源网

编者按:2020年9月17~18日,以“塑造新模式•激活新动能”为主题的“第十六届中国分布式能源国际论坛暨2020综合能源展览会”在山东济南召开,本次论坛由中国能源网主办,中国能源研究会分布式能源专业委员会、水发能源集团有限公司联合主办。会上,山东省地矿局801队党委书记、队长,山东省能源研究会理事长彭玉明发表了《鲁西北砂岩地区多井联动尾水梯级利用地热清洁供暖模式典型案例》的主旨演讲。

以下内容根据论坛演讲实录进行整理。

李景明接下来我们邀请山东省地矿局801队党委书记、队长、山东省能源研究会理事长彭玉明先生,给我们介绍《鲁西北砂岩地区多井联动尾水梯级利用地热清洁供暖模式典型案例》,有请彭先生。

彭玉明:感谢主持人。外面是秋高气爽、瓜果飘香,一个美好的季节,好客的山东人民欢迎全国各地的同行、专家来到我们美丽的泉城济南,济南市素以泉水闻名,地热也有所接触过,无论是在能源利用方面,水直接决定了我们整个利用的一个效果,今天我也很荣幸参加我们再生能源利用的论坛,简要介绍一下在山东整个鲁西北地区、砂岩地区地热能的开发利用情况。

刚才杨主任更多是在宏观、政策层面,包括京津冀地热资源的地热的利用,井总更多介绍我们山东的一些情况。我们主要是地热勘查单位,更多侧重于技术的综合。

下面分五个部分,简要介绍一下地热能利用一些情况。

刚才杨总也介绍,实际上,应该说地热资源我们总结有三方面的优势,一个是清洁无污染、可持续开发利用,分布广泛、储量丰富,你要说我们水热型的过去都是只采不灌的,带来的危害是区域地面沉降,清洁无污染是一个优势。第二个是可持续开发利用,包括我们一些浅层的和深部的水热性资源。第三个,从山东来说,分布比较广泛的,山东行政区域内,地热资源还是比较丰富的。地热能资源的优势这里不说了,刚才杨主任也提到了,尤其是构建清洁、低碳、高效的现代能源体系,真正的利用并没有完全地推开,这里面有政策层面的,也有一些技术层面的,也包括我们整个规划、利用,涉及到很多的技术方法还没有完全的统一。

从我这块一些资料掌握,地热能约占2%。

再把山东省的地热资源情况简单介绍,主要分布在鲁中、鲁西、鲁北、沂沭断裂带四个区域。据省地矿局初步勘查评价,全省3千米以浅中深层水热型可利用地热资源量为1.21×1021焦耳,折合标准煤413亿吨,相当于全省煤炭资源保有经济可采储量46亿吨的近9倍。

我省地热供暖从1998年开始起步,经过20年的发展,目前德州、东营、滨州、菏泽等地已形成了规模化地热供暖产业,目前全省地热供暖面积已达1.3亿平方米,位居全国首位。其中,水热型供暖面积6100万平方米。

总体上看,我省地热能开发利用还处于较低水平,以2017年为例,全省地热开采量仅有36万立方米/日,开采程度只有2.3%。因此,全省地热开采潜力巨大,开发利用前景广阔,特别是在利用地热资源供暖方面具有很大发展空间。

新事物的发展必然会出现一系列问题,一个是地热能开发利用过程中利用效率不高,过去是粗放式的开发,过去一个小区相距500米或者300米左右,各打各的井,相互干扰,在利用过程中没有考虑到梯级利用的问题。第二个开发地方模式比较单一,单纯以供暖或者单纯以洗浴,没有考虑综合利用的问题。第三地热尾水排放问题,涉及到环保督察的问题,也在相继关停部分地热能。第四地热能资源的不断开采造成地下水位下降。目前在我们德州,尤其是德州地区,中深层地热水位下降幅度都接近60~80米,还有地热矿泉水绿色矿山要求没有完全推开。

第三个研究解决方案。如何来提高利用效率的问题,我们井总提到商河,我们整个地热供暖,根据资源情况,根据开发利用需求,纳入一个总体的规划。

群井联动可以提高地热水供暖效率,减少开采量。

群井联动模式就是将一定区域内现有的或计划新建的地热井(开采井和回灌井)进行管网并线,形成一个群井联动运行模式,在此模式下,可以根据不同供暖需求选择利用开采井数量提高地热水的利用率,有效地降低地热水开采量。说白了就是关和采,关一批采一批,然后再实施一批回灌。

第二采用地热尾水梯级利用。目前山东省的尾水温度一般在30~40度左右,五年以前,很多地热开采没有跟热泵形成结合,直接回灌或排放,造成地热利用率不高,不满足绿色矿山勘查要求。因此我院提出了“地热能+产业”的梯级利用开发利用模式。

第三就是采用定向井施工工艺辅以热储层优化手段。目前鲁西北和京津冀的砂岩唯一受限的是回灌,回灌应该说是近二三十年可能使用较多的技术,有的提到用大口径回灌,最终回灌效率也在不断地摸索、不断地探索,但是这种回灌的衰竭仍然存在,所以说定向井施工工艺辅以热水层优化要提高地热井回灌效率,我们在东营和聊城的临清也是根据我们中石油这种开采过程中采用了发泡固化剂等化学方法对热储层进行解救处理,起到防砂、增加渗透效率的作用以提高回灌效率。这个也是仅仅做了两年的时间,我们大口径回灌做了三个供暖季,从回灌的效率看能够接近100%,还是考虑过去开采量过大,造成水压过大,目前看,回灌过程中,水还是逐渐升高,还是出现衰减,下一步还需要对回灌的一些工艺进行改造。

牛庄镇,一开始是我们胜利油田有一个测井队在那,他们建了一个燃煤锅炉,后期整个交给地方政府以后,整个牛庄镇涉及到整体的规划、搬迁上楼的,还有整体的相当于打造一个小镇,因为位于东营的高铁新区,所以涉及到很多搬迁的。2019年东营区委托我们院也包括我们研究会签订了一个协议,主要是提供方案,这就是推进清洁供暖“无烟小镇”的模式,毕竟在郊区。

地热水经排气处理后进入换热机房,进行水气分离后热水进行交换,包括热泵系统梯级提热,换热后的尾水可用于花卉种植、动植物养殖等,形成梯级利用产业链。

实际上定向井施工工艺,增加回灌量,避免回灌对开采井水温产生影响。目前我们只在地热勘察过程中使用,很少应用到油田勘查技术方面。这主要是增加施工的,东营凹陷地热水温一般在80度左右,水温还是比较高的,提热的效率比较高。第二方面是自控系统,控制群井联动的模式,这是在原有锅炉房的基础上做了改造,把锅炉24兆瓦的锅炉关停了,实际上我们这些井也是在锅炉的周边,也是采取定向的。过去从燃煤锅炉,据地方政府说,整个供暖季需要100人左右,90~100人左右。

现在第一个供暖季结束了,应该说区政府、地方政府提供了小镇式的供暖模式,同时把一些产业植入进来。当然,我们现在看监测的数据回灌率是达到100%,原来施工完以后,他们还说有负压灌,我们不可能有负压,应该是有一个回灌的压力,解决了25万平供暖。

这里有一个对比,在用电量、燃煤上,包括我们人力成本上,也做了一个简要的对比。

第二简单介绍一下临清,临清过去有一些开采井,整个区政府提出要优化开采布局,也是做了一些规划,工艺基本上是一样的,只是把我们密度比较大的开采井,不同小区采用多井联动的供暖模式,配备了一定的回灌井,这是将相邻的两个(或多个)采用地热供暖的小区作为一个供暖区块。

这就相当于一个改造,因为过去每个小区都打自己的地热井,现在形成开采、回灌、备用。

这解决了资源枯竭的问题。

临清、东营两处示范项目的实施是有目的、有针对性地对鲁西北砂岩地区地热能资源开发利用的探索和研究,研究成果对鲁西北砂岩地区地热能资源开发利用提供了实践经验,也让我们对地热能资源开发利用有了更清晰的认识。

(一)采灌平衡是地热资源开发利用的基础;

(二)以往开发利用中发现的问题通过研究可以得到有效解决。

总结与展望我们井总也提到了,尤其在乡村,唯一解决供暖需求,真正的还是能不能把新兴的高效的农业、产业植入进来,这是比较关键的,谢谢大家。

李景明:谢谢彭书记,彭书记给我们介绍了几个801大队在山东尤其鲁西北开展的几个案例。十九大以来,党中央提出的“党政军民学,东西南北中,党是领导一切的。”我相信在彭书记的指导下,我们801大队能够做出更多的典型案例和精品工程。




责任编辑: 李颖

标签: 彭玉明 鲁西北砂岩地区 多井联动 尾水梯级利用

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