地热资源保护与综合开发、梯级利用可行性研究

刘普峰　董加强

[摘要]通过对沧州地区地热资源综合开发、梯级利用调查及研究，因地制宜的开发和利用地热资源，使地热资源得到最大程度的保护与开发利用。

[关键词]地热资源 保护 综合开发 梯级利用 沧州市

[中图分类号] P314 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-3-89-2

沧州市，位于河北省东部，总面积14056km2，人口800万。地处环渤海中心，京津冀都市圈，得天独厚的交通区位优势为沧州市经济的发展奠定了良好的经济基础。

沧州市近年来地热资源开发发展迅速，地热资源已成为沧州市的热门产业，其发展前景广阔，潜力巨大。

1地热资源开发利用现状

1.1开发利用现状

目前沧州市共有地热井200多眼，分布在沧州市18个市、县、区，集中开采区在任丘、河间、肃宁、献县、沧州市城区、黄骅等6个市（县）城区。利用方式以供暖、洗浴为主，其次为种植、养殖。目前已基本形成了一定的开发模式。年开采量约2168万m3，年产值约2.4亿元，地热资源已经产生了良好的经济效益、社会效益和巨大的环境效益。

地热井利用热储主要为新近系明化镇组、馆陶组和古生界寒武、奥陶系及上元古界蓟县系雾迷山组热储。其中利用明化镇热储的地热井较少，主要分布在冀中台陷区；利用馆陶组热储地热井较多，主要分布在冀中台陷区和黄骅台陷区；利用基岩热储地热井较少，主要分布在沧县台拱区和埕宁台拱区。

地热井热水温度38～108℃，其中明化镇组38～62℃、馆陶组50～88.3℃，奥陶系48～58℃，蓟县系72～108℃；地热井单井出水量40～135m3/h，其中明化镇组40～100m3/h，馆陶组40～135m3/h，奥陶系在沧县台拱区35～45m3/h，在埕宁台拱区120m3/h左右，蓟县系80～120m3/h。

1.2存在的问题

（1）地热综合开发、梯级利用水平偏低

地热资源开发利用规模化、产业化水平不高，综合开发、梯级利用程度偏低，利用方式粗放、单一，在一些采取直供、直排供暖方式的单位，弃水温度大于35℃，其热能利用率仅为50%-60%，热能利用率低、资源浪费比较严重。

（2）地热资源浪费现象严重

地热尾水直接排入城市污水管网，造成地热水水资源浪费。并且尾水与污水混流，增加了污水处理量和处理成本。

（3）开采区位、层位相对集中

地热资源的开发利用受经济条件和地热地质条件影响，开采层位相对集中，造成井间相互干扰，地热水水位下降迅速，局部降速过大，甚至已超过6.0m/a，这严重影响了地热资源的可持续利用。

2地热资源保护与综合开发、梯级利用

实行地热资源保护与限制性开采，调控地热资源开采总量，提高地热资源持续供给能力。优化地热资源开发利用布局和结构，促进区域资源优化配置。加强地热资源节约与综合利用，推动矿业走节约、清洁、安全的可持续发展道路。

2.1地热资源保护

2.1.1地热资源开采总量控制

①严格按照各单井勘查报告确定的控制的可开采量开采，禁止超量开采，以保护地热资源。

②依据各热储层的成矿地质条件与市场需求，控制各市（县）城区地热井布井井距不小于1000m，城区以外地热井布井井距不小于2000m。

③可采用斜井钻探等方法保证合理井距，也可根据地热资源的不同用途，分不同热储层组开采地热资源。

④对地热井进行长期动态监测，以掌握地热水动态变化情况，对地热井的合理开发进行指导。监测内容为水位、水温、水量（井口水温和尾水温度）、水质等。

2.1.2地热资源开发利用结构调整

①开发利用结构调整

推进新技术、新工艺、新设备的应用，积极推行清洁生产和循环经济模式。鼓励综合开发，梯级利用地热资源，提高资源利用率。

②产品结构优化

鼓励企业研发新的地热资源开发利用模式，发展地热医疗、药疗等多种高效利用地热资源的新模式，进一步延长地热经济产业链，提高企业经济效益。

③最低开采规模与最低服务年限

限定最低开采规模，引导企业规模化开采、集约化经营，为保证地热开采的可持续性和地热资源的持续、稳定供应，地热矿山最低服务年限3-5年。

④矿山企业准入条件

提高地热企业的准入条件，在市区集中供热区限制单一的用于供暖地热井的开采，已有的单一供暖地热项目也要加以改造，实现综合开发，梯级利用，提高资源利用率。

2.1.3尾水回灌技术研究

地热尾水回灌是实现地热资源可持续开发的必然途径。回灌是将地热水中的热利用后，把原地热水回注到热储层。地热回灌的主要优点是将地热资源储量由静态变为动态，真正成为可再生能源，同时可有效地延长热储生产寿命，避免尾水排放造成污染。

沧州市大部分地热井开采新近系馆陶组热储，小部分开采基岩热储。基岩热储回灌技术相对成熟。新近系回灌技术发展较慢，研究较少，还不能实现生产性回灌。我单位曾进行了新近系回灌试验，经试验回灌量仅达到开采量的30%左右。回灌量太少。对新近系回灌技术还需进一步研究。

2.2地热资源综合开发、梯级利用

2.2.1梯级利用

通过工艺上的改造和创新，改变地热供暖传统的设计方法，实现地热资源热能的梯级利用。地热水首先用于暖气挂片供暖；待供暖回水温度降至50℃左右进行二级利用，供地板辐射采暖和温泉洗浴；当热水温度再降低后，开始三级利用，供种植园加热地温等；最后，水温不足30℃的温水作四级利用，搞特种养殖，养殖名、优、特、新的食用和观赏鱼类等。通过地热梯级利用，提高地热水的利用率，降低地热尾水排放温度。

2.2.2综合利用

地热资源集水、矿、热特性于一身，加强地热水综合利用，不同温度的地热水有不同的用途，除供暖外，还可用于洗浴、矿泉浴疗、土壤加温、温水游泳，养殖鱼类等水产品，并可作为景观用水、卫生用水、灌溉和绿化用水等。

2.2.3新技术新工艺的应用

加强水源热泵在地热领域中的开发利用，利用热泵技术，进一步提取尾水中的温度，进行综合梯级开发利用，降低尾水温度，可大大提高地热资源利用率。

以我单位为例：我单位于2012年利用水源热泵新技术对供暖系统进行工艺流程改造，改造后地热进行了综合利用、梯级利用，其流程为：

地热水首先进入1#蓄水罐，经1#蓄水罐地热水进行一级直接供暖，为1#、2#住宅楼供暖；供暖尾水经一次换热器换热后为高温热泵机组提供热能进行二级供暖，为3#、4#住宅楼供暖；一次换热后尾水经二次换热器换热后为低温热泵机组提供热能进行三级供暖，为办公楼供暖。地热原水与一级供暖后部分尾水混合后（具体尾水用水量由电动阀控制），经曝气、除铁后进入2#蓄水罐供洗浴用水。

二次换热后地热尾水（降至10℃左右）进入3#蓄水罐，采用变频泵供给家属楼、办公楼用于生活卫生用水。

利用新工艺、新技术，经技术改造后地热利用率由原来的43%提高至81%；地热开采量由原来的19.2×104m3/a，降至14.49×104m3/a，每年减少地热开采量4.71×104m3。

3小结

目前，沧州市仅部分地热井已开始利用水源热泵，尾水由原来的35℃左右降至10℃以下，即减少了开采量、增加了供暖面积，又减少了污染物的排放。建议政府相关部门加大水源热泵推广力度，如成功实施，每年可大大减少地热开采量，增加供暖面积，地热资源将面临更大的发展机遇，其潜力和产生的经济效益、社会效益和环境效益是巨大的，地热资源开发将可持续发展。

参考文献

[1]陈墨香，华北地热，科学技术出版社.1988年.

[2]阎敦实，于英太等，京津籍油区地热资源评价与利用，中国地质大学出版社。2000年.

[3]蔡义汉，地热直接利用，天津大学出版社，2004年.