西部地熱開(kāi)發(fā)的歷史發(fā)展與存在問(wèn)題

  摘要:為合理開(kāi)發(fā)我國西部豐富的地熱資源,吸取東部地區近30年來(lái)的經(jīng)驗和教訓是必要的,但一定要結合當地的地質(zhì)特點(diǎn),要發(fā)揮當地地質(zhì)人才的優(yōu)勢,他們對當地的地質(zhì)條件最有發(fā)言權。尋找合適的熱儲層是地熱開(kāi)發(fā)的突破口,由于熱儲層多隱埋于地下深部,故深部地質(zhì)條件的研究十分重要,可借用油氣普查工作中的物探資料和鉆井地質(zhì)成果解決深部地質(zhì)問(wèn)題。地熱水與一般地下水不同,具有自己的特點(diǎn),必須遵循這些特點(diǎn),按熱儲工程的要求解決地熱工作中的問(wèn)題。
 
  結合地熱開(kāi)發(fā)工_作的特點(diǎn)和市場(chǎng)的需求,擴大已知地熱異常區,使地熱開(kāi)發(fā)工作步入可持續發(fā)展的道路。
 
  關(guān)鍵詞:熱儲；程動(dòng)態(tài)平衡以補定產(chǎn)；地熱開(kāi)發(fā)
 
  “西部大開(kāi)發(fā)”是我國目前重大國策之一,西部是指我國陜、甘、寧、青、新、藏、黔、滇、桂、川、內蒙古和重慶市十二個(gè)省、自治區和直轄市。西部地熱資源類(lèi)型齊全,地熱資源潛力巨大,其中藏滇高溫地熱區處于世界上兩大高溫地熱帶之一的地中海一喜馬拉雅地熱帶中,羊八井地熱電站和騰沖地熱顯示眾所周知;西部各大沉積盆地和諸多褶皺隆起地域內,中、低溫地熱資源也非常豐富。
 
  本人從事的地熱工作以低溫為主并局限于北京地區,為對我國西部地熱開(kāi)發(fā)進(jìn)點(diǎn)微薄之力,現就個(gè)人在工作中的體會(huì )和教訓做一粗略介紹,此乃拋磚之舉,供同行們借鑒。
 
  一、當地技術(shù)人才是寶貴的財富。
 
  應用地質(zhì)學(xué)是對地球表面可鉆及深度內的認識并對它進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用的一門(mén)學(xué)科。地層、構造在某一具體地區是客觀(guān)存在的,尤其是隱埋在地下幾百乃至數千米之下的情況,我們經(jīng)常借用地球物理勘探方法,通過(guò)各種物性界面來(lái)分析判斷它們的存在和形態(tài)并經(jīng)鉆探工程驗證。從普查到詳查和勘探的不同階段是對客觀(guān)事物的認識、實(shí)踐、再認識、再實(shí)踐這樣一個(gè)“認識論”的過(guò)程,通過(guò)不斷的實(shí)踐,使我們的認識趨近于物質(zhì)的客觀(guān)存在形態(tài)。凡是超越認識階段的行為就有失敗的風(fēng)險。
 
  誰(shuí)對某個(gè)具體問(wèn)題占有較多的客觀(guān)資料,實(shí)踐的次數多,誰(shuí)就有發(fā)言權,不是“遠來(lái)的和尚會(huì )念經(jīng)”,而是實(shí)踐出真知,外地的經(jīng)驗是要吸取的,但一定要與當地的具體情況相結合。各地區均有一批經(jīng)驗非常豐富的地質(zhì)工作者,他們對當地的情況非常熟悉?；A地質(zhì)工作是地熱地質(zhì)工作的基石,地層、構造搞清楚后再引入“熱儲工程”的概念(熱儲工程在《地熱資源地質(zhì)勘查規范》
 
  中已有明確的定義)。用地質(zhì)、構造條件來(lái)解決地熱問(wèn)題是不難的,難的是超越認識階段辦事。我曾遇到過(guò)用十萬(wàn)分之一甚至五十萬(wàn)分之一的地質(zhì)圖定井位。
 
  工作精度不到,不出事才怪。
 
  二、尋找合適的熱儲層是開(kāi)發(fā)地熱的突破口。
 
  除加強基礎地質(zhì)、構造研究外,地熱工作有自己的特點(diǎn)。地熱形成的四大要素地熱工作者是熟知的,在熱源、熱通道、熱儲層和隔熱保溫的蓋層(俗稱(chēng)源、通、儲、蓋)中,對尋找地熱來(lái)講,我認為研究當地的儲層及蓋層是首要的,其中對熱儲層的分布和埋藏深度的研究更為重要,有了它才能找到地熱水,熱源和通道不是不重要,這兩項要由勘探出來(lái)熱流體的分布特征來(lái)驗證。源、通、儲、蓋是地熱系統的必備要素,缺一不可。
 
  地熱是靠水作為載體把熱能攜帶到地面上為人們所利用,只有熱沒(méi)有水,熱能利用不上,有的井鉆鑿一兩千米,井底有70一80℃的地溫,但水量很少或根本無(wú)水,也不能利用。
 
  除天然出露的溫泉外,一般熱儲層埋藏深度較大,依靠上覆隔熱保溫蓋層的屏蔽使得熱量得以保存。由于熱儲層埋藏深度較大,給它的分布研究帶來(lái)了困難。在石油天然氣勘查過(guò)程中,應用了各種地球物理勘探方法,地熱工作者可以借用各種物探工作成果進(jìn)行熱儲層和蓋層的研究。我們在北京地區利用了華北平原油氣普查工作中的重力、磁法及電測深資料(少量的人工地震資料)結合北京地區的地質(zhì)情況對上述資料進(jìn)行解釋,獲得了較為理想的結果。利用上述資料進(jìn)行區域上的宏觀(guān)控制,再在擬鉆井處補做必要工作加密勘探。由于物探資料的多解性,地質(zhì)人員利用時(shí)應特別注意,因為它提供的是物性界面而不是地質(zhì)界線(xiàn),兩者可能是一致的,大多數情況下是不一致的,必須用綜合手段進(jìn)行解釋,在解釋過(guò)程中地質(zhì)工程師和物探工程師必須密切合作,從已知推未知,以期達到物探資料解釋的合理性,解釋結果要經(jīng)鉆探工程驗證,逐漸加深對地質(zhì)體物性反應的認識。
 
  在石油天然氣普查勘探過(guò)程中,一些深井為我們研究地溫場(chǎng)和熱儲層的分布提供了豐富的第一手資料,中科院地質(zhì)所以陳墨香研究員為首的一批老地熱工作者為研究我國地溫場(chǎng)的分布特征曾做過(guò)大量的工作并發(fā)表了專(zhuān)著(zhù)。近十幾年來(lái),石油地質(zhì)工作者對地熱也顯示出極大的興趣。他們進(jìn)行地熱研究具備優(yōu)越的條件,是地熱地質(zhì)隊伍中一支不可忽視的力量,因為他們占有較多的地球物理勘探資料和深井鉆井地質(zhì)方面的素材,把避水找油變成油水并舉即可事半功倍。
 
  三、地熱水與地下水的差異。
 
  有人說(shuō)地熱水屬于地下水的范疇。由于傳統的地下水力學(xué)研究的含水層埋藏深度不大,其水的溫度近于常溫,將所研究對象具體化了。由于地熱水埋藏深度較大,儲層承受一定的壓力,儲層的溫度也較高,故地熱所涉及的問(wèn)題非一般水文地質(zhì)學(xué)所能包容,水文地質(zhì)學(xué)中的一些概念也隨之發(fā)生了變化。如水的粘度在20℃時(shí)為1.0個(gè)粘度單位(厘泊),而在55℃時(shí)為0.5,70℃時(shí)變?yōu)?4,如此大的變化必須引起注意;由于溫度的影響,水的密度也發(fā)生了變化,達西公式在描述滲透性時(shí)說(shuō)它取決于巖石的性質(zhì)和參與滲流的液體的性質(zhì),故由于壓力和溫度影響而引起的變化是不可忽視的。在抽水試驗中常用S值表示水位下降的深度,由于熱水的溫度影響,就不能用通常水柱壓力的變化來(lái)描述熱儲層壓力的變化。曾有人提出如下問(wèn)題,某地熱井長(cháng)期停滯未用,在進(jìn)行抽水試驗時(shí),靜止水位深度為15m左右,開(kāi)始抽水后,水溫逐漸增加,最后穩定在80℃,此時(shí)測得動(dòng)水位深度為IOm左右,水位降深出現了負值。若不考慮溫度因素,此現象無(wú)法解釋。
 
  石油與天然氣的勘探與開(kāi)發(fā)過(guò)程中,對地下流體的運動(dòng)過(guò)程研究的非常深入,我們可以借用相關(guān)的研究成果,把研究的對象改為水和水蒸氣,把油藏工作中研究的油、氣、水三相流變成水和氣兩相流,研究和討論的問(wèn)題簡(jiǎn)單化了,一些相關(guān)的公式均可借用。
 
  四、地熱開(kāi)發(fā)的特點(diǎn)與新趨勢。
 
  地熱水是熱、礦、水三位一體的礦產(chǎn)資源,當其出露地表即為溫泉,若水中的礦物成分達到一定濃度即稱(chēng)為鹵水。
 
  正由于它具有溫度這一特征,決定了利用它的局限性。長(cháng)距離的運輸或儲一138一存需要保溫。最理想的利用條件是溫泉出露在人口稠密的地區,直接引來(lái)就用,目前這樣的條件幾乎沒(méi)有,在人員稀少的地區有大量溫泉存在而沒(méi)有利用。2001年6月5日北京日報第三版報道“西藏羌北無(wú)人區有近百眼沸泉、間歇泉、熱氣泉等,其中最大的間歇泉隔幾秒鐘噴發(fā)一次,最高射程達十多米,泉水溫度高達86℃,每秒噴出水量達lt左右”。此景觀(guān)蔚為壯觀(guān)。在北京我們鉆井深度達3000m以上,也不過(guò)獲得80℃的熱水。
 
  在人口稠密的城鎮及人流過(guò)客較多的地區尋找地熱成為當今的熱門(mén)。在高溫地區把熱能轉換成電能再行運輸是高溫地熱發(fā)展的趨勢,中低溫地熱目前只能當地利用。
 
  一般找礦規律是地質(zhì)工程師根據各種資料分析圈定成礦最有利地帶,再通過(guò)經(jīng)濟政策分析選擇有利部位進(jìn)行鉆探施工。而現在是由有經(jīng)濟實(shí)力的業(yè)主劃定鉆井位置,此處不一定是地質(zhì)勘探的有利部位,而處于最有利的部位沒(méi)有人投資,這給鉆探工程帶來(lái)較大的風(fēng)險。
 
  改革開(kāi)放以后隨著(zhù)人民生活水平的提高、環(huán)境保護意識的增強,特別是房地產(chǎn)業(yè)的崛起和新型建筑材料的應用,對地熱開(kāi)發(fā)提出了新的課題和基本觀(guān)點(diǎn)的改變。如原來(lái)認為鉆井深度小于1000m獲得40℃以上的地熱水算作經(jīng)濟型地熱資源,現在在某些地區井深大于ZOO0m,可以獲得大于40℃的地熱水也有人愿意投資,這對施工方有較大的吸引力,問(wèn)題的交點(diǎn)不在于鉆井深度,而投資方更關(guān)心出多少溫度、多少水量的熱水。這無(wú)形中擴大了地熱勘探工作的范圍,原來(lái)認為不是地熱異常的地區加大鉆探深度也可以獲得一定溫度的熱水,而這些情況強烈地吸引著(zhù)投資者和施工隊伍。
 
  五、地熱開(kāi)發(fā)的可持續性。
 
  關(guān)于地熱資源的可再生性進(jìn)行了長(cháng)時(shí)間的討論,其再生性很緩慢的觀(guān)點(diǎn)占據上風(fēng)。
 
  一個(gè)地區地熱的形成有一定的規律,開(kāi)發(fā)地熱要了解這一規律并遵循它。
 
  任何一個(gè)地熱系統均處在動(dòng)平衡狀態(tài)中,投入開(kāi)發(fā)后就打破了舊的平衡,一種新的平衡過(guò)程將要出現,地球內部的熱量不停地向外散發(fā),形成大地熱流,由于地質(zhì)構造的差異,各地的熱流值不同,具有一定地熱顯示的地域必然是有利于形成地熱的地域,如果具備儲水條件即形成地熱水,水與熱均處于動(dòng)平衡狀態(tài)中,當開(kāi)采量(包括水量與熱量)與補給量相當時(shí),地熱系統趨向于平衡狀態(tài),這就是以補給量確定可開(kāi)采的原則,簡(jiǎn)稱(chēng)“以補定產(chǎn)”。質(zhì)量平衡(亦稱(chēng)物質(zhì)平衡)法進(jìn)行儲量評價(jià)也是基于此原理,每一個(gè)地熱系統都遵循這一原則,關(guān)鍵是對每個(gè)地熱系統中有關(guān)計算參數值是不一樣的,對哪個(gè)具體地熱系統進(jìn)行評價(jià),就要求得到哪個(gè)系統的相應參數值,這些參數要通過(guò)鉆井地質(zhì)和流體試驗得到,不能借用其它地方的參數值,有人評價(jià)甲熱儲,而借用乙熱儲的參數,尤如給甲看病而對乙進(jìn)行診脈一樣,是絕對不允許的,雖然有進(jìn)行資源評價(jià)的類(lèi)比法,但其計算精度是有區別的。
 
  儲量計算的結果要經(jīng)受熱田開(kāi)發(fā)過(guò)程監測資料的驗證,通過(guò)實(shí)際監測值修正相關(guān)參數,以期得到誤差較小的擬合值,尤其是對近期預報的擬合,這也是一個(gè)“認識論”的過(guò)程,計算結果是對熱儲的認識,監測資料是實(shí)踐的結果,通過(guò)再計算,再擬合的多次反復以獲得對地下熱儲客觀(guān)存在的認識。
 
  不同壓力降條件下每個(gè)儲層有不同的產(chǎn)量,開(kāi)采量的確定不是哪個(gè)權威部門(mén)確定的,而是通過(guò)產(chǎn)量與壓力降關(guān)系式確定的,不同的產(chǎn)量決定了不同的壓力降,反之亦然。不同壓力降條件下有不同的補給量,補給區域擴大,大地熱流值也增加,只有開(kāi)采與補給相平衡才能實(shí)現可持續發(fā)展,“入不敷出”遲早要“傾家蕩產(chǎn)”。
 
  要了解某一地熱系統的規律,從熱田開(kāi)發(fā)初期就要積累與之相關(guān)的信息,為早日認識熱儲層準備資料,它們是熱儲工程研究的必要素材。目前從事地熱工作的單位,忽視這方面素材的獲取,甚至自覺(jué)或不自覺(jué)地提供一些不真實(shí)的數據,給熱儲工程研究帶來(lái)不可彌補的損失,有人振振有詞地說(shuō),周?chē)泻芏嗑?我不取資料怕什么,孰不知儲層分布的各向異性就是通過(guò)每一個(gè)鉆孔資料得到驗證。
 
  六、地熱開(kāi)發(fā)三原則。
 
  從多年實(shí)踐經(jīng)驗得知,地熱開(kāi)發(fā)必須遵循以下三原則:技術(shù)可行;?政策法規允許;?有投資來(lái)源。三者缺一不可,其中技術(shù)可行是主要的,尤其是市場(chǎng)經(jīng)濟條件下,法制管理是可持續發(fā)展的保障。