夏儲冬用！天津探索地熱能運用新技術

天津地熱勘查開發設計院

天津市蘊藏著豐厚的地熱資源，是我國地熱資源開發使用較早的區域之一，地熱已成為重要的環保動力，地熱資源的開發使用現已形成安穩的地熱工業。憑仗豐厚的地熱資源儲量、眾多的開發使用和維護效果以及自然資源辦理部門的立異辦理，天津市成為了全國唯一的集“我國溫泉之都”“我國溫泉之城”和“我國溫泉之鄉”為一體的省級城市，多年來地熱資源的開發使用規劃和水均勻走在全國前列。

作為傳統化石動力的完美替代者，地熱資源已成為應對氣候改變、打贏藍天捍衛戰和優化動力結構的重要力量。天津市對地熱資源的需求呈逐年上升的氣勢，但隨著需求的不斷添加，怎么保證地熱資源可以可繼續使用成為了擺在地熱辦理者和技能工作者面前的重要問題。地熱回灌是世界公認的維持地熱熱儲壓力、保證地熱田可繼續挖掘的重要技能手法，現在現已成為世界范圍內數十個重要的地熱田出產運轉中的一項日常工作。通常情況下，地熱回灌是在供暖期內將使用后降溫的地熱尾水回灌到熱儲層，歸于“原水回灌”。天津市從1996年開端首先在地熱供暖項目上選用對井回灌開發使用模式，現已相繼建成了二百多處地熱對井回灌開發體系，地熱回灌率已由2000年時缺乏10%進步到了如今的80%。經過實踐運轉和動態監測，近年來天津市的地熱儲層壓力下降趨勢得到了顯著的緩解，大部分區域乃至呈現了上升，證明回灌取得了顯著的應用效果。在此基礎上，一方面為了彌補因為以往終年采灌失衡形成的熱儲壓力虧空，另一方面為了可以進一步進步地熱資源可挖掘量，天津市又在全國首先展開了“地表水回灌”研討。相關于“原水回灌”，地表水回灌歸于“外來水源回灌”，是為適應對地熱資源的需求量不斷添加而提出的一種對熱儲層進行補給的新式技能，其有兩大優勢：

一是可以在非供暖期對熱儲層進行額外的流體彌補，這些冷流體在地下儲層這個大熱庫中經過圍巖加熱和與深部高溫熱流體的對流循環，終究會以熱流體的形式在未來的供暖期再次成為咱們的優質熱源，然后添加了地熱資源的可挖掘量，起到了“夏儲冬用”的效果。

二是關于天津這樣的北方城市，非供暖期尤其是夏季同時也是豐水期，地表水受降水的補給量大，水位上漲迅速，此時展開地表水回灌一方面處理了城市排澇方面的需求，另一方面也完成了使地表水資源就地蓄留、就地資源化的“海綿城市”效果。

為了使地表水回灌從設想變為實際，作為國內地熱領域的龍頭技能單位，天津地熱勘查開發設計院在天津市地熱辦理部門的支持下早在2009年就組建了專門的技能團隊展開相關研討。地表水回灌的成功需要有兩個前提條件，一是要防止冷流體會集回灌形成的熱打破問題;二是要防止外來水源注入熱儲層后對儲層形成不可逆的損傷。

針對這兩個問題，技能團隊展開了很多的試驗研討工作，在地表水回灌井的選址方面，不光要接近回灌水源，下降管路鋪設的成本，更要考慮地質方面的影響因素。為此，技能團隊在充分剖析天津市區域地熱地質條件、水文條件、地熱開發使用等情況的基礎上，結合回灌方針儲層的巖性特征、裂隙率、浸透率、裂隙散布特征及布井現狀，應用地質條件剖析和數學模擬辦法歸納優選方針靶區，并經過示蹤試驗剖析方針區熱儲的裂隙連通特性和流場特征，確認優勢滲流通道，再結合區域動態監測和回灌試驗數據，來確認地表水回灌井的成井工藝，以及與周邊挖掘井的相對方位和井距離，然后防止地表水回灌對周邊地熱挖掘井的溫度發生不利影響，保證供熱安全。

為了防止對熱儲層形成污染，回灌水有必要達到必定的標準。考慮到地表水的補給來歷主要是上游河道和天然降水，其水質和水量存在較大的時空改變。為此，技能團隊專門搭建了具有自主知識產權的地表水室內水處理模擬試驗渠道，依據不同水源水質特色及回灌水質要求，選擇不同的模塊，自由組合，以地表水為水源，進行不同工藝流程的水質處理試驗，并經過高溫高壓水巖反應試驗評估對儲層的影響，終究優選出符合回灌水水質要求、處理成本低、運轉安穩的工藝路途。這樣就可以在地表水回灌站工程建設前優選工藝流程，然后防止地表水回灌站建成后，因水質改變原因導致替換設備帶來的較大花費，保證地表水長時間回灌不會對儲層發生不利影響。

憑仗著技能團隊敢為人先的立異精力和科學謹慎的工作態度，經過重復試驗和精益求精的不斷改進，從2013年在東麗湖區域首先建立了地表水回灌試驗站起，至2021年又分別在東麗區和津南區以地熱挖掘主力熱儲層薊縣系霧迷山組為回灌意圖層，建成兩處出產性地表水回灌工程，地表水回灌終于從理論變成了實際。

依據天津市規劃和自然資源局關于印發《天津市地熱資源辦理實施辦法》的告訴：“鼓勵有條件的單位，經過建設使用地表水的熱儲回灌工程，在非供暖期進行地熱回灌。使用地表水進行回灌的，可按照添加回灌量的50%申請添加年度挖掘目標。”

坐落東麗湖旅游度假區的東麗湖動力科技有限公司地表水回灌站具有3眼地表水回灌井，每年可添加霧迷山組熱儲層回灌補給量約120萬方/年，可添加60萬方/年的霧迷山組熱儲層挖掘目標，可在該區域添加地熱供暖面積約60萬平米，發生的熱量相當于每年節省標準煤1.1萬噸，可下降向大氣中排放二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物及懸浮質粉塵等各類污染物約2.8萬噸。

坐落津南區北閘門鎮的國新供熱公司地表水回灌站具有1眼地表水回灌井，每年可添加霧迷山組熱儲層回灌補給量約24萬方/年，可添加12萬方/年的霧迷山組熱儲層挖掘目標，可在該區域添加地熱供暖面積約9萬平米，發生的熱量相當于每年節省標準煤0.26萬噸，可下降向大氣中排放二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物及懸浮質粉塵等各類污染物約0.66萬噸。

依據動態監測，地表水回灌區域的熱儲壓力呈現了顯著的上升，而周邊挖掘井溫度、水質保持安穩，證明了使用豐水期的地表水對地熱資源挖掘會集的熱儲層進行回灌，是緩解地熱資源供需矛盾、消除因地熱流體過度挖掘呈現的漏斗現象、防止地熱資源過快枯竭，完成可繼續開發使用的有用手法。工程的建成應用，形成了維護環境、補給地熱資源的工業結構和出產方式，開創了全國選用地表水會集回灌補給深部地熱儲層的先例，拓荒了地熱資源維護的新路途。

我國地熱會集開發的區域，大都具有豐厚的地表水資源，尤其是關于開發以碳酸鹽巖為主的大型盆地型熱儲區域，具有回灌能力好，底部熱源豐厚的特色，配合技能合理的水處理工藝，具有廣闊的應用遠景，可以為國家開發使用地熱這種新式、綠色、高效、清潔動力供給戰略保證，為完成雙碳方針和地熱高質量開展供給技能支持。

注：原文刊登于2022年7月刊《我國地熱》雜志原標題：天津市探索地熱能夏儲冬用新技能辦法，服務地熱高質量開展