雙碳目標下油氣田企業(yè)地熱能開(kāi)發(fā)利用思考

1、地熱能發(fā)展的動(dòng)因、機遇

1.1 地熱能發(fā)展的動(dòng)因

首先是保障國家能源安全的要求：一方面我國油氣對外依存度不斷上升，根據中國石油和化學(xué)工業(yè)聯(lián)合會(huì )數據，2015-2020年中國原油和天然氣進(jìn)口規模逐年增長(cháng)（表1-2），2020年中國進(jìn)口原油約5.42億噸，同比增長(cháng)7.3%；進(jìn)口天然氣1.02億噸，同比增長(cháng)5.3%；原油對外依存度達到73.5%，天然氣對外依存度達為42.0%，預計未來(lái)幾年我國油氣對外依存度還將繼續上升。另一方面我國新增探明油氣地質(zhì)儲量降至近10年來(lái)最低點(diǎn)，隨著(zhù)高品質(zhì)常規油氣資源儲量的減少，我國油氣資源開(kāi)發(fā)正日益轉向超深油氣、頁(yè)巖油氣、深水油氣、煤層氣等領(lǐng)域，而這些資源的開(kāi)采由于技術(shù)難度較大、成本高，效益開(kāi)發(fā)難度大。因此，實(shí)現由傳統油氣資源開(kāi)發(fā)向油氣與新能源開(kāi)發(fā)并重的能源轉型，是保障國家能源安全的必然選擇。

其次是雙碳目標下的迫切需要：我國正面臨著(zhù)有限的化石燃料資源和更嚴格的環(huán)境保護要求的嚴峻挑戰，發(fā)展清潔能源是當前可以同時(shí)解決一系列能源問(wèn)題的最優(yōu)途徑。在此基礎上，我國明確提出力爭2030年前碳達峰、2060年前碳中和的目標后，未來(lái)常規化石能源的使用要逐漸減少。而奔向低碳的核心是能源轉型，由常規的化石燃料能源轉向可再生能源，同時(shí)大部分可再生能源如風(fēng)能、太陽(yáng)能等，都是波動(dòng)性、間歇性的，而地熱能儲量豐富、分布廣泛，具有穩定連續的優(yōu)勢。

作為非碳基能源，地熱能具有強大的代替化石能源的功能，一是是隨著(zhù)城市化程度不斷提高（2030年，我國城鎮化率將提高到70%，2050年，80%），我國每年新增建筑面積約20億平方米，加之南方供暖市場(chǎng)逐漸擴大，我國建筑領(lǐng)域的碳排放量在未來(lái)十年內仍會(huì )持續攀升，二是在環(huán)境約束條件下的燃煤電廠(chǎng)將可能面臨關(guān)?；虬徇w，電廠(chǎng)余熱帶動(dòng)的城市供暖面積急需新的熱源替代。利用地熱能替代傳統碳基能源供暖，是實(shí)現碳達峰、碳中和目標不可或缺的能源，理應發(fā)揮更大的作用。

1.2 地熱能發(fā)展的機遇

2020年9月22日，習近平總書(shū)記在第七十五屆聯(lián)合國大會(huì )一般性辯論上發(fā)表講話(huà)，鄭重提出中國碳達峰、碳中和目標。2021年1月27日，國家能源局發(fā)布《關(guān)于因地制宜做好可再生能源供暖工作的通知》，將地熱能作為可再生能源供暖的重要方式，積極鼓勵推廣和應用；2月23日，就《關(guān)于促進(jìn)地熱能開(kāi)發(fā)利用的若干意見(jiàn)（征求意見(jiàn)稿）》公開(kāi)征求意見(jiàn)，系統性提出了地熱能發(fā)展的目標和重點(diǎn)任務(wù)，目標要求2025年地熱能供暖（制冷）面積比2020年增加50%；2035年地熱能供暖（制冷）面積比2025年翻一番。根據此目標，預測至2025年地熱供暖（制冷）面積將達20億平方米以上，2035年地熱供暖（制冷）面積將達40億平方米以上。任務(wù)要求編制地熱能開(kāi)發(fā)利用規劃，營(yíng)造有利于地熱能開(kāi)發(fā)利用的政策環(huán)境，中國地熱能產(chǎn)業(yè)將迎來(lái)發(fā)展的春天。

2、油氣田企業(yè)開(kāi)發(fā)地熱能利用優(yōu)勢及現狀分析

2.1油氣田企業(yè)開(kāi)發(fā)地熱能利用的優(yōu)勢

2.1.1開(kāi)發(fā)前景廣闊

在我國板塊內部地殼沉降區，廣泛發(fā)育了中新生代沉積盆地，如華北盆地、松遼盆地、四川盆地、鄂爾多斯盆地、渭河盆地、蘇北盆地等，沉積盆地不僅富集油氣資源，也蘊藏豐富的中低溫地熱資源。

在含油氣盆地中，地下水與油氣、地熱能三者相互依存，初步測算中石油探區主要盆地地熱資源量約占全國地熱資源總量的70-80%，2000m以淺儲存的地熱資源總量相當于4000×108t標準煤的發(fā)熱量溫度利用下限25℃）。同時(shí)這些地熱資源的分布區大多位于我國經(jīng)濟較發(fā)達地區，油氣田企業(yè)開(kāi)發(fā)這些地區的地熱資源，具有得天獨厚的地域條件和廣闊的市場(chǎng)應用前景。

2.1.2技術(shù)優(yōu)勢明顯

地熱能開(kāi)發(fā)利用屬于多行業(yè)、多學(xué)科之間的交叉與融合，其開(kāi)發(fā)利用技術(shù)是一門(mén)多學(xué)科的綜合技術(shù)，主要包括地熱資源的勘查與評價(jià)技術(shù)、高溫地熱鉆完井工藝技術(shù)、高效換熱和制冷技術(shù)、防腐防垢技術(shù)、地熱尾水回灌技術(shù)、地熱梯級利用技術(shù)、熱泵及地熱發(fā)電技術(shù)、地熱開(kāi)發(fā)利用自動(dòng)監控與信息化技術(shù)、增強型地熱（ＥＧＳ）開(kāi)發(fā)利用技術(shù)等。

油氣田企業(yè)在油氣數十年勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中，積累了地熱資源評價(jià)和開(kāi)發(fā)所需的地質(zhì)、地球物理、地球化學(xué)等資料，以及開(kāi)發(fā)地熱能所需的鉆完井、測錄井、油藏工程、儲層壓裂改造、防腐防垢、自動(dòng)監控與信息化技等地熱資源開(kāi)發(fā)的關(guān)鍵核心技術(shù)，其地質(zhì)研究基礎與開(kāi)發(fā)技術(shù)高度重疊，具有得天獨厚的技術(shù)優(yōu)勢。 

2.1.3 沉淀資產(chǎn)盤(pán)活

在對地熱能進(jìn)行開(kāi)發(fā)利用時(shí),首先會(huì )通過(guò)技術(shù)勘探手段對地熱能資源進(jìn)行評估,確定地熱能資源的儲量以及開(kāi)采可行性,然后依靠石油開(kāi)采技術(shù)開(kāi)鑿地熱井,對溫度較高、熱儲存量大以及經(jīng)濟可開(kāi)發(fā)性高的地熱能資源加以開(kāi)發(fā)利用。油氣田隨著(zhù)開(kāi)發(fā)的不斷進(jìn)行，儲層中的油氣會(huì )逐漸枯竭，當其超出經(jīng)濟上的可行點(diǎn)，生產(chǎn)井就要被廢棄，如果不采取必要措施，廢棄井會(huì )帶來(lái)許多問(wèn)題，也會(huì )耗費大量人力、物力和財力。

同時(shí)這些廢棄油氣井所處的區域常常是地熱能資源十分豐富的地區，其內部存儲了十分巨大的可利用地熱能資源。因此,在原有油氣開(kāi)采井的基礎上，對廢棄油氣井進(jìn)行改造,將其作為地熱井進(jìn)行再利用具有十分重要的意義，不僅可以將地熱能轉化為機械能和電能加以利用，還可以在地熱能資源開(kāi)發(fā)過(guò)程中節約大量的鉆井費用，減少地熱能資源的開(kāi)發(fā)成本,而且在一定程度上對當地的環(huán)境污染和安全隱患可以進(jìn)行有效的治理。因此,利用廢棄油氣井進(jìn)行地熱能發(fā)電將大大提高廢棄油氣井的利用價(jià)值，同時(shí)也會(huì )成為一種廢棄油氣井綜合治理和有效利用地熱能資源的新方式。

2.1.4余熱利用潛力大

注水采油是目前油田低滲透儲層最常用的開(kāi)發(fā)方式之一。在長(cháng)期的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，有大量水注入地下，維持地層壓力，又有大量的水隨油氣一起采出，油氣分離后，形成新的污水；同時(shí)在氣田開(kāi)發(fā)中也實(shí)施了多項排水采氣措施，產(chǎn)生了大量富含地熱能的污水，它們是油氣田地熱賦存的重要組成部分。有效提取污水中的熱量，變廢為寶，節約了地熱開(kāi)發(fā)的鉆井成本，又解決了熱儲層貧水問(wèn)題，對于能源的高效利用非常重要。

2.2油氣田企業(yè)開(kāi)發(fā)地熱能利用現狀分析

長(cháng)期以來(lái)，油氣田企業(yè)的主要精力都在油氣勘探開(kāi)發(fā)上。隨著(zhù)全球能源轉型的持續推進(jìn)，2021年9月底，國家能源局發(fā)布的《關(guān)于能源領(lǐng)域深化“放管服”改革優(yōu)化營(yíng)商環(huán)境的實(shí)施意見(jiàn)（征求意見(jiàn)稿）》，要求傳統石油公司在做好油氣生產(chǎn)的同時(shí)，積極拓展風(fēng)能、太陽(yáng)能、地熱能、氫能等新能源業(yè)務(wù)，紛紛向綜合能源公司轉型發(fā)展。另一方面，以玉門(mén)油田為代表的部分老油田企業(yè)經(jīng)過(guò)數十年的發(fā)展，油氣資源逐漸匱乏，單純依賴(lài)“油氣”發(fā)展愈發(fā)力不從心，亟需轉換發(fā)展動(dòng)能。

中國石化在 2014 年就在河北省雄縣實(shí)現了地熱供暖覆蓋率 95%以上。地熱與天然氣結合來(lái)為整個(gè)城區供熱，雄縣項目是中國石化在華北地區建設的第一個(gè)地熱供暖工程。公司在進(jìn)駐雄縣之初，根據雄縣地熱資源情況合理化布局，對地熱資源進(jìn)行科學(xué)化開(kāi)采，實(shí)現生產(chǎn)井科學(xué)開(kāi)采和回灌井 100%回灌效果。

冀東油田積極打造京津冀地區地熱供暖示范基地，于2018年率先建成中國石油首個(gè)域外清潔能源供暖項目，也是全國最大單體地熱供暖項目——武城縣清潔能源供暖項目，建成230萬(wàn)平方米地熱供暖項目“當年建設，當年投用”，現已做到百分百“無(wú)壓回灌”。

截至2020年底，冀東油田已完鉆地熱井64口，建成曹妃甸新城和柳贊新農村336萬(wàn)平方米地熱供暖項目，年可節約標煤10.16萬(wàn)噸，折合原油7.1萬(wàn)噸，實(shí)現減排二氧化碳26.6萬(wàn)噸，相當于植樹(shù)95萬(wàn)棵。2020年冬季，共入網(wǎng)運行熱力站27座，累計供熱時(shí)間151天，比燃煤鍋爐平均熱負荷高出近20%，供暖效果好，保障了華北理工大學(xué)等8所學(xué)校、美和藍灣等7個(gè)居民小區以及柳贊鎮農村的供暖需求。

遼河油田自2006年以來(lái)，累計實(shí)施13個(gè)地熱項目試驗，建設了興一礦、潤誠苑小區等地熱供暖工程，每年可節約燃煤4000余噸，減少二氧化碳排放超2萬(wàn)噸。遼河油田錦州采油廠(chǎng)歡三聯(lián)合站地熱利用工程通過(guò)將10口廢棄油水井改造為地熱井，替代站內燒天然氣伴熱的工藝，預計每年能節約天然氣900余萬(wàn)立方米，年可替代標煤1.21萬(wàn)噸，減少運行成本600萬(wàn)元。

吉林油田2021年7月開(kāi)展了乾安大情字花9站報廢井儲層地熱利用先導試驗項目，節能效果顯著(zhù)，花9井熱采項目可實(shí)現日節氣1000立方米。

這些油氣田企業(yè)依托傳統技術(shù)優(yōu)勢，不斷打造地熱資源商業(yè)利用新模式。

3、地熱能開(kāi)發(fā)中存在的問(wèn)題

盡管經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展和積累，地熱能產(chǎn)業(yè)體系初步形成，但從整體上看，我國地熱能產(chǎn)業(yè)還處于發(fā)展初期階段，還遠遠不能滿(mǎn)足我國清潔供暖不斷增長(cháng)的需求，特別是不能滿(mǎn)足“雙碳”目標下地熱能在能源革命中的戰略定位要求，制約油氣田企業(yè)地熱發(fā)展主要存在以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。

3.1. 屬性問(wèn)題

總體看來(lái)，《水法》未明確地熱的屬性，僅籠統指出地下水為水資源，沒(méi)有區分界定地熱與地下水；《礦產(chǎn)資源法》將地熱列為能源礦產(chǎn)；《可再生能源法》則認定地熱為一種能源。因此，從法律層面講，地熱潛在擁有礦產(chǎn)資源屬性、水資源屬性、能源屬性三重定義，而我國針對地熱資源屬性尚未形成統一明晰的定義。

具體到操作層面和執法層面，地熱受《礦產(chǎn)資源法》《水法》《可再生能源法》的調控，地熱的管理既給地方行政主管部門(mén)帶來(lái)困惑，具體來(lái)說(shuō)就是管理分工多元化容易使地熱企業(yè)分不清管理主體，造成部分地區地熱管理相對混亂，權、責、利主體不明確，嚴重制約了地熱資源的科學(xué)規劃、合理開(kāi)發(fā)，越位、缺位、相互制約和重復執法等問(wèn)題經(jīng)常出現，這給油氣田企業(yè)開(kāi)發(fā)地熱帶來(lái)諸多困惑。

3.2 伴生問(wèn)題

由于屬性和技術(shù)不規范也帶來(lái)了大量伴生問(wèn)題，一是部分地區未考慮地熱供暖“取熱不取水”的特點(diǎn)，地熱項目礦產(chǎn)資源費、水資源費收取政策相對教條，無(wú)論是否回灌，均按照統一標準收取，損傷了采用回灌措施企業(yè)的收益和積極性。

二是由于技術(shù)不規范，開(kāi)采地熱資源過(guò)程中引起的地下水位下降、地表水污染等問(wèn)題，再如系統設計與運營(yíng)經(jīng)驗不足、缺乏科學(xué)論證造成的熱泵系統供暖效果難以保證等問(wèn)題，對地熱產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展產(chǎn)生了消極的社會(huì )影響，也帶來(lái)了項目審批難度大等問(wèn)題。

3.3壁壘問(wèn)題

目前從事地熱行業(yè)的企業(yè)、科研院所、事業(yè)單位相對較多，但多數技術(shù)研發(fā)工作都受限于基礎資料、知識產(chǎn)權、專(zhuān)利保護等，難以實(shí)現資源共享、技術(shù)共享。嚴重制約了行業(yè)和技術(shù)的發(fā)展，造成了重復投資和重復攻關(guān)的行業(yè)壁壘問(wèn)題。

特別是砂巖熱儲地熱尾水回灌、干熱巖發(fā)電、地下儲能、深井直接換熱、防腐防垢、熱儲改造、地熱水長(cháng)距離輸送等技術(shù)問(wèn)題仍未能有效解決，形成了技術(shù)發(fā)展的壁壘，嚴重影響了地熱資源的可持續發(fā)展和規?；瘧?。  

3.4效益問(wèn)題

可再生能源是新生事物，技術(shù)上需要提高效益，經(jīng)濟上需要降低成本，如果不提供政策支持是無(wú)法與常規能源競爭的。但是地熱能開(kāi)發(fā)，特別是中深層地熱能供暖利用項目是一項民生工程，具有初投資較大、回報周期長(cháng)、內部收益率低等特點(diǎn)，如果按照與常規能源按照同樣的經(jīng)濟指標立項、審批、考核，不提供政策支持的情況下是無(wú)法與常規能源競爭的。

4、油氣田企業(yè)地熱能開(kāi)發(fā)路徑

實(shí)現“雙碳”目標要構建清潔低碳、安全高效的能源體系，而地熱能作為五大非碳基可再生能源之一，特別適合于為建筑供冷供熱，替代和減少化石能源在建筑中的使用，是未來(lái)能源轉型的新方向。

要加快實(shí)施和推進(jìn)地熱能等清潔能源替代，國家能源局要求傳統石油公司在做好油氣生產(chǎn)的同時(shí)，大力拓展地熱能等清潔能源業(yè)務(wù)，就要解決地熱能開(kāi)發(fā)過(guò)程中的高成本、低效益問(wèn)題。如何通過(guò)政策支持和技術(shù)創(chuàng )新快速降低地熱能開(kāi)發(fā)和利用成本，擴大使用規模和應用場(chǎng)景，關(guān)于油氣田企業(yè)地熱能開(kāi)發(fā)路徑提以下幾點(diǎn)建議：

4.1  統籌部署，同步研究

地熱與石油是共存于沉積盆地的兩種資源，與油氣開(kāi)發(fā)技術(shù)高度重疊，這就要求油氣田企業(yè)在油氣勘探評價(jià)過(guò)程中將地熱資源與油氣資源的勘探評價(jià)工作同計劃、同部署、同研究，節約地熱資源的勘探評價(jià)成本。

同時(shí)在油田開(kāi)發(fā)區有較大的地熱能應用空間和可利用的廢棄油水井，可以大幅降低勘探開(kāi)采成本，開(kāi)展地熱能梯級綜合利用的條件也非常優(yōu)越，主要涉及輸油管線(xiàn)維溫伴熱、站內采暖、洗浴、措施洗井、大棚種植等，將地熱能的開(kāi)發(fā)與油氣田的開(kāi)發(fā)和建設統籌部署，也是油氣田企業(yè)開(kāi)發(fā)和利用地熱能降低投資的有效途徑。

4.2  多能互補，協(xié)同發(fā)展

地熱資源開(kāi)發(fā)利用的主要投資和成本來(lái)自鉆完井、提液、泵輸和回灌，提液量與回灌液量大，用電量較大，電力成本占運行成本的比例較高，用電成本占操作成本的1/3-1/2以上。

同時(shí)，國家能源局發(fā)布又要求傳統石油公司在做好油氣生產(chǎn)的同時(shí)，積極拓展風(fēng)能、太陽(yáng)能、地熱能、氫能等新能源業(yè)務(wù)，一是利用風(fēng)電和光伏的棄電（成本低廉）來(lái)降低地熱能開(kāi)發(fā)利用過(guò)程中的運行成本；二是因區域、用戶(hù)特征，綜合利用城市余熱資源，合理利用區域周邊熱源，借鑒“雄安模式”以水熱型地熱能供暖和地埋管地源熱泵為基礎熱源，以污水余熱、垃圾發(fā)電余熱、太陽(yáng)能為補充，建成多能互補的清潔能源供熱系統，也是油氣田企業(yè)開(kāi)發(fā)和利用地熱能降低投資的一種方式。

4.3  政策支持，技術(shù)引領(lǐng)

地熱產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式的完善直接關(guān)系到地熱產(chǎn)業(yè)的可持續發(fā)展，同時(shí)也與政府績(jì)效、企業(yè)利潤、金融機構收益和用戶(hù)利益密切相關(guān)。

一是與美國、日本、冰島等地熱發(fā)達國家相比，我國地熱產(chǎn)業(yè)在發(fā)展模式上還存在很大差距。為了彌補這種差距，實(shí)現產(chǎn)業(yè)趕超，針對地熱產(chǎn)業(yè)發(fā)展現狀，政府應當簡(jiǎn)化地熱審批程序、加大稅收優(yōu)惠力度、推行政府采購等優(yōu)惠政策，推動(dòng)地熱產(chǎn)業(yè)實(shí)現跨越式發(fā)展。

二是發(fā)揮職能優(yōu)勢，引導學(xué)校、科研管理部門(mén)、企業(yè)及有關(guān)方面加強地熱技術(shù)研發(fā)、人才隊伍建設，打破行業(yè)壁壘，形成合力，向政策、技術(shù)要效益，不斷降低地熱開(kāi)發(fā)成本，提高地熱開(kāi)發(fā)效益，帶動(dòng)油氣田企業(yè)地熱能開(kāi)發(fā)利用的積極性。

注：原文首發(fā)于2022年8月刊《中國地熱》雜志