西部地热开发的历史发展与存在问题

  摘要:为合理开发我国西部丰富的地热资源,吸取东部地区近30年来的经验和教训是必要的,但一定要结合当地的地质特点,要发挥当地地质人才的优势,他们对当地的地质条件最有发言权。寻找合适的热储层是地热开发的突破口,由于热储层多隐埋于地下深部,故深部地质条件的研究十分重要,可借用油气普查工作中的物探资料和钻井地质成果解决深部地质问题。地热水与一般地下水不同,具有自己的特点,必须遵循这些特点,按热储工程的要求解决地热工作中的问题。
 
  结合地热开发工_作的特点和市场的需求,扩大已知地热异常区,使地热开发工作步入可持续发展的道路。
 
  关键词:热储；程动态平衡以补定产；地热开发
 
  “西部大开发”是我国目前重大国策之一,西部是指我国陕、甘、宁、青、新、藏、黔、滇、桂、川、内蒙古和重庆市十二个省、自治区和直辖市。西部地热资源类型齐全,地热资源潜力巨大,其中藏滇高温地热区处于世界上两大高温地热带之一的地中海一喜马拉雅地热带中,羊八井地热电站和腾冲地热显示众所周知;西部各大沉积盆地和诸多褶皱隆起地域内,中、低温地热资源也非常丰富。
 
  本人从事的地热工作以低温为主并局限于北京地区,为对我国西部地热开发进点微薄之力,现就个人在工作中的体会和教训做一粗略介绍,此乃抛砖之举,供同行们借鉴。
 
  一、当地技术人才是宝贵的财富。
 
  应用地质学是对地球表面可钻及深度内的认识并对它进行开发利用的一门学科。地层、构造在某一具体地区是客观存在的,尤其是隐埋在地下几百乃至数千米之下的情况,我们经常借用地球物理勘探方法,通过各种物性界面来分析判断它们的存在和形态并经钻探工程验证。从普查到详查和勘探的不同阶段是对客观事物的认识、实践、再认识、再实践这样一个“认识论”的过程,通过不断的实践,使我们的认识趋近于物质的客观存在形态。凡是超越认识阶段的行为就有失败的风险。
 
  谁对某个具体问题占有较多的客观资料,实践的次数多,谁就有发言权,不是“远来的和尚会念经”,而是实践出真知,外地的经验是要吸取的,但一定要与当地的具体情况相结合。各地区均有一批经验非常丰富的地质工作者,他们对当地的情况非常熟悉。基础地质工作是地热地质工作的基石,地层、构造搞清楚后再引入“热储工程”的概念(热储工程在《地热资源地质勘查规范》
 
  中已有明确的定义)。用地质、构造条件来解决地热问题是不难的,难的是超越认识阶段办事。我曾遇到过用十万分之一甚至五十万分之一的地质图定井位。
 
  工作精度不到,不出事才怪。
 
  二、寻找合适的热储层是开发地热的突破口。
 
  除加强基础地质、构造研究外,地热工作有自己的特点。地热形成的四大要素地热工作者是熟知的,在热源、热通道、热储层和隔热保温的盖层(俗称源、通、储、盖)中,对寻找地热来讲,我认为研究当地的储层及盖层是首要的,其中对热储层的分布和埋藏深度的研究更为重要,有了它才能找到地热水,热源和通道不是不重要,这两项要由勘探出来热流体的分布特征来验证。源、通、储、盖是地热系统的必备要素,缺一不可。
 
  地热是靠水作为载体把热能携带到地面上为人们所利用,只有热没有水,热能利用不上,有的井钻凿一两千米,井底有70一80℃的地温,但水量很少或根本无水,也不能利用。
 
  除天然出露的温泉外,一般热储层埋藏深度较大,依靠上覆隔热保温盖层的屏蔽使得热量得以保存。由于热储层埋藏深度较大,给它的分布研究带来了困难。在石油天然气勘查过程中,应用了各种地球物理勘探方法,地热工作者可以借用各种物探工作成果进行热储层和盖层的研究。我们在北京地区利用了华北平原油气普查工作中的重力、磁法及电测深资料(少量的人工地震资料)结合北京地区的地质情况对上述资料进行解释,获得了较为理想的结果。利用上述资料进行区域上的宏观控制,再在拟钻井处补做必要工作加密勘探。由于物探资料的多解性,地质人员利用时应特别注意,因为它提供的是物性界面而不是地质界线,两者可能是一致的,大多数情况下是不一致的,必须用综合手段进行解释,在解释过程中地质工程师和物探工程师必须密切合作,从已知推未知,以期达到物探资料解释的合理性,解释结果要经钻探工程验证,逐渐加深对地质体物性反应的认识。
 
  在石油天然气普查勘探过程中,一些深井为我们研究地温场和热储层的分布提供了丰富的第一手资料,中科院地质所以陈墨香研究员为首的一批老地热工作者为研究我国地温场的分布特征曾做过大量的工作并发表了专著。近十几年来,石油地质工作者对地热也显示出极大的兴趣。他们进行地热研究具备优越的条件,是地热地质队伍中一支不可忽视的力量,因为他们占有较多的地球物理勘探资料和深井钻井地质方面的素材,把避水找油变成油水并举即可事半功倍。
 
  三、地热水与地下水的差异。
 
  有人说地热水属于地下水的范畴。由于传统的地下水力学研究的含水层埋藏深度不大,其水的温度近于常温,将所研究对象具体化了。由于地热水埋藏深度较大,储层承受一定的压力,储层的温度也较高,故地热所涉及的问题非一般水文地质学所能包容,水文地质学中的一些概念也随之发生了变化。如水的粘度在20℃时为1.0个粘度单位(厘泊),而在55℃时为0.5,70℃时变为04,如此大的变化必须引起注意;由于温度的影响,水的密度也发生了变化,达西公式在描述渗透性时说它取决于岩石的性质和参与渗流的液体的性质,故由于压力和温度影响而引起的变化是不可忽视的。在抽水试验中常用S值表示水位下降的深度,由于热水的温度影响,就不能用通常水柱压力的变化来描述热储层压力的变化。曾有人提出如下问题,某地热井长期停滞未用,在进行抽水试验时,静止水位深度为15m左右,开始抽水后,水温逐渐增加,最后稳定在80℃,此时测得动水位深度为IOm左右,水位降深出现了负值。若不考虑温度因素,此现象无法解释。
 
  石油与天然气的勘探与开发过程中,对地下流体的运动过程研究的非常深入,我们可以借用相关的研究成果,把研究的对象改为水和水蒸气,把油藏工作中研究的油、气、水三相流变成水和气两相流,研究和讨论的问题简单化了,一些相关的公式均可借用。
 
  四、地热开发的特点与新趋势。
 
  地热水是热、矿、水三位一体的矿产资源,当其出露地表即为温泉,若水中的矿物成分达到一定浓度即称为卤水。
 
  正由于它具有温度这一特征,决定了利用它的局限性。长距离的运输或储一138一存需要保温。最理想的利用条件是温泉出露在人口稠密的地区,直接引来就用,目前这样的条件几乎没有,在人员稀少的地区有大量温泉存在而没有利用。2001年6月5日北京日报第三版报道“西藏羌北无人区有近百眼沸泉、间歇泉、热气泉等,其中最大的间歇泉隔几秒钟喷发一次,最高射程达十多米,泉水温度高达86℃,每秒喷出水量达lt左右”。此景观蔚为壮观。在北京我们钻井深度达3000m以上,也不过获得80℃的热水。
 
  在人口稠密的城镇及人流过客较多的地区寻找地热成为当今的热门。在高温地区把热能转换成电能再行运输是高温地热发展的趋势,中低温地热目前只能当地利用。
 
  一般找矿规律是地质工程师根据各种资料分析圈定成矿最有利地带,再通过经济政策分析选择有利部位进行钻探施工。而现在是由有经济实力的业主划定钻井位置,此处不一定是地质勘探的有利部位,而处于最有利的部位没有人投资,这给钻探工程带来较大的风险。
 
  改革开放以后随着人民生活水平的提高、环境保护意识的增强,特别是房地产业的崛起和新型建筑材料的应用,对地热开发提出了新的课题和基本观点的改变。如原来认为钻井深度小于1000m获得40℃以上的地热水算作经济型地热资源,现在在某些地区井深大于ZOO0m,可以获得大于40℃的地热水也有人愿意投资,这对施工方有较大的吸引力,问题的交点不在于钻井深度,而投资方更关心出多少温度、多少水量的热水。这无形中扩大了地热勘探工作的范围,原来认为不是地热异常的地区加大钻探深度也可以获得一定温度的热水,而这些情况强烈地吸引着投资者和施工队伍。
 
  五、地热开发的可持续性。
 
  关于地热资源的可再生性进行了长时间的讨论,其再生性很缓慢的观点占据上风。
 
  一个地区地热的形成有一定的规律,开发地热要了解这一规律并遵循它。
 
  任何一个地热系统均处在动平衡状态中,投入开发后就打破了旧的平衡,一种新的平衡过程将要出现,地球内部的热量不停地向外散发,形成大地热流,由于地质构造的差异,各地的热流值不同,具有一定地热显示的地域必然是有利于形成地热的地域,如果具备储水条件即形成地热水,水与热均处于动平衡状态中,当开采量(包括水量与热量)与补给量相当时,地热系统趋向于平衡状态,这就是以补给量确定可开采的原则,简称“以补定产”。质量平衡(亦称物质平衡)法进行储量评价也是基于此原理,每一个地热系统都遵循这一原则,关键是对每个地热系统中有关计算参数值是不一样的,对哪个具体地热系统进行评价,就要求得到哪个系统的相应参数值,这些参数要通过钻井地质和流体试验得到,不能借用其它地方的参数值,有人评价甲热储,而借用乙热储的参数,尤如给甲看病而对乙进行诊脉一样,是绝对不允许的,虽然有进行资源评价的类比法,但其计算精度是有区别的。
 
  储量计算的结果要经受热田开发过程监测资料的验证,通过实际监测值修正相关参数,以期得到误差较小的拟合值,尤其是对近期预报的拟合,这也是一个“认识论”的过程,计算结果是对热储的认识,监测资料是实践的结果,通过再计算,再拟合的多次反复以获得对地下热储客观存在的认识。
 
  不同压力降条件下每个储层有不同的产量,开采量的确定不是哪个权威部门确定的,而是通过产量与压力降关系式确定的,不同的产量决定了不同的压力降,反之亦然。不同压力降条件下有不同的补给量,补给区域扩大,大地热流值也增加,只有开采与补给相平衡才能实现可持续发展,“入不敷出”迟早要“倾家荡产”。
 
  要了解某一地热系统的规律,从热田开发初期就要积累与之相关的信息,为早日认识热储层准备资料,它们是热储工程研究的必要素材。目前从事地热工作的单位,忽视这方面素材的获取,甚至自觉或不自觉地提供一些不真实的数据,给热储工程研究带来不可弥补的损失,有人振振有词地说,周围有很多井了,我不取资料怕什么,孰不知储层分布的各向异性就是通过每一个钻孔资料得到验证。
 
  六、地热开发三原则。
 
  从多年实践经验得知,地热开发必须遵循以下三原则:技术可行;?政策法规允许;?有投资来源。三者缺一不可,其中技术可行是主要的,尤其是市场经济条件下,法制管理是可持续发展的保障。