能源和環境是當今人類面臨的兩大問題。其中風能、太陽能、生物質能、地熱能近年來發展尤為迅速,并已開始逐漸登上能源舞臺。據能源專家預測,在今后20~30年內,全球能源結構將發生根本性變化,到本世紀中葉(50年代),新能源和可再生能源將在整個能源結構中占到50%左右的份額。在能源和可再生能源大家族中,地熱目前仍是最現實和最具競爭力的一種能源。我國是一個以中低溫地熱資源為主的國家,大力發展中低溫地熱資源以用于城市供暖、空調制冷及生活用熱水的所謂“三聯供”,是解決城鄉供暖供熱的一條好途徑。大慶油田所處的松遼盆地就是著名的中低溫地熱含油沉積盆地。
大慶油田作為全國最大的能源挖掘型企業,在原油開采過程中,輸油設施伴熱、礦區辦公取暖、居民樓供熱等方面每年要消耗大量的石油、天然氣、煤等化石燃料,既浪費了資源又污染了環境。因此,有效利用油田產出水這部分清潔能源,既能節省石油、天然氣、煤等化石燃料,又能保護環境,對大慶油田實施節能減排戰略具有十分重要的意義。
1、松遼盆地北部地熱資源地質特征
1.1地熱體特征
松遼盆地是一個以古生界和前古生界為基底的大型中、新生代含油氣盆地。該盆地在整個東北地區地殼厚度最薄,其莫霍面深度在29~33km之間。因此,單位時間內地幔熱流體中流向地表單位面積內的熱量值最高達到了90MW/m2,高于盆地周邊的其他地區,在全國也屬于高熱流區。與此同時,作為裂谷盆地,松遼盆地在地質歷史上火山活動頻繁,巖漿巖分布廣泛,也為盆地形成中低地溫場創造了條件。從油田已知探井中統計的溫度計算出了盆地地溫場梯度分布規律為盆地中央地溫梯度高,向外依次降低,呈北東向環狀分布,平均地溫梯度為3.8℃/100m,普遍高于東北地區其他沉積盆地。
1.2熱儲特征
據油田油氣勘探資料綜合分析認為,松遼盆地北部青山口組一段,嫩江組一、二段地層泥巖純而且厚度大,分布面積廣,封蓋性能好,是非常好的區域性隔水層。以此為界可將盆地沉積蓋層分為三套熱儲體系:上部熱儲為嫩三段以上地層,一般在1000m以上,埋深淺,地層溫度一般在40℃以下;中部熱儲為青三、四段~姚家組,頂面埋深為850~2000m,地層厚度為230~500m,地層溫度較高,一般為42~82℃,含水砂巖較多;下部熱儲由泉四段至基底之間地層構成,一般在2000m以下,埋藏深,巖性致密,地層溫度高,以干層為主。目前,大慶油田主要含油層系為嫩江組,姚家組、青山口組和泉頭組,也是地熱水比較發育的中部地熱儲層,其孔隙度一般為15%~28%,滲透率為150×10-3~500×10-3μm2。
2、油田采出水型地熱資源情況
油田采出水是指在原油開采過程中所攜帶出的地下熱水,這些水經過處理降溫后又被重新注入地下進行驅油,也就是水驅。目前,大慶油田原油開發已經進入高含水后期,特別是第一至第六主力采油廠,原油生產中伴隨原油的采出水量也呈逐年上升趨勢,據油田開發資料統計,2010年采水量約為4.33×108m3,通常溫度為35~42℃(圖1)。若應用先進的技術和方法,以提取10℃溫差熱能計算,每年就可得到相當于54.18×104t標準煤的熱量,其資源潛力非常巨大。
3、油田產出水開發利用前景分析
3.1油田地熱資源利用現狀
近幾年,大慶油田地熱資源利用得到了較好的發展,現已投資了一千多萬元,實施熱泵改造項目22項,目前有17項正常運行,4項熱泵改造項目已安裝未投產,1項維修暫停使用,截至2009年12月,年替代標煤能力達1.44×104t。地熱資源得到了較好的利用(表1),為以后規模利用地熱能資源提供了寶貴的經驗和技術。
能源和環境是當今人類面臨的兩大問題。其中風能、太陽能、生物質能、地熱能近年來發展尤為迅速,并已開始逐漸登上能源舞臺。據能源專家預測,在今后20~30年內,全球能源結構將發生根本性變化,到本世紀中葉(50年代),新能源和可再生能源將在整個能源結構中占到50%左右的份額。在能源和可再生能源大家族中,地熱目前仍是最現實和最具競爭力的一種能源。我國是一個以中低溫地熱資源為主的國家,大力發展中低溫地熱資源以用于城市供暖、空調制冷及生活用熱水的所謂“三聯供”,是解決城鄉供暖供熱的一條好途徑。大慶油田所處的松遼盆地就是著名的中低溫地熱含油沉積盆地。
大慶油田作為全國最大的能源挖掘型企業,在原油開采過程中,輸油設施伴熱、礦區辦公取暖、居民樓供熱等方面每年要消耗大量的石油、天然氣、煤等化石燃料,既浪費了資源又污染了環境。因此,有效利用油田產出水這部分清潔能源,既能節省石油、天然氣、煤等化石燃料,又能保護環境,對大慶油田實施節能減排戰略具有十分重要的意義。
1、松遼盆地北部地熱資源地質特征
1.1地熱體特征
松遼盆地是一個以古生界和前古生界為基底的大型中、新生代含油氣盆地。該盆地在整個東北地區地殼厚度最薄,其莫霍面深度在29~33km之間。因此,單位時間內地幔熱流體中流向地表單位面積內的熱量值最高達到了90MW/m2,高于盆地周邊的其他地區,在全國也屬于高熱流區。與此同時,作為裂谷盆地,松遼盆地在地質歷史上火山活動頻繁,巖漿巖分布廣泛,也為盆地形成中低地溫場創造了條件。從油田已知探井中統計的溫度計算出了盆地地溫場梯度分布規律為盆地中央地溫梯度高,向外依次降低,呈北東向環狀分布,平均地溫梯度為3.8℃/100m,普遍高于東北地區其他沉積盆地。
1.2熱儲特征
據油田油氣勘探資料綜合分析認為,松遼盆地北部青山口組一段,嫩江組一、二段地層泥巖純而且厚度大,分布面積廣,封蓋性能好,是非常好的區域性隔水層。以此為界可將盆地沉積蓋層分為三套熱儲體系:上部熱儲為嫩三段以上地層,一般在1000m以上,埋深淺,地層溫度一般在40℃以下;中部熱儲為青三、四段~姚家組,頂面埋深為850~2000m,地層厚度為230~500m,地層溫度較高,一般為42~82℃,含水砂巖較多;下部熱儲由泉四段至基底之間地層構成,一般在2000m以下,埋藏深,巖性致密,地層溫度高,以干層為主。目前,大慶油田主要含油層系為嫩江組,姚家組、青山口組和泉頭組,也是地熱水比較發育的中部地熱儲層,其孔隙度一般為15%~28%,滲透率為150×10-3~500×10-3μm2。
2、油田采出水型地熱資源情況
油田采出水是指在原油開采過程中所攜帶出的地下熱水,這些水經過處理降溫后又被重新注入地下進行驅油,也就是水驅。目前,大慶油田原油開發已經進入高含水后期,特別是第一至第六主力采油廠,原油生產中伴隨原油的采出水量也呈逐年上升趨勢,據油田開發資料統計,2010年采水量約為4.33×108m3,通常溫度為35~42℃(圖1)。若應用先進的技術和方法,以提取10℃溫差熱能計算,每年就可得到相當于54.18×104t標準煤的熱量,其資源潛力非常巨大。
3、油田產出水開發利用前景分析
3.1油田地熱資源利用現狀
近幾年,大慶油田地熱資源利用得到了較好的發展,現已投資了一千多萬元,實施熱泵改造項目22項,目前有17項正常運行,4項熱泵改造項目已安裝未投產,1項維修暫停使用,截至2009年12月,年替代標煤能力達1.44×104t。地熱資源得到了較好的利用(表1),為以后規模利用地熱能資源提供了寶貴的經驗和技術。
3.2油田用熱需求調查
據2008年統計,油田生活鍋爐及與生產直接相關的聯合站、中轉站、注水站、污水站等近千座加熱設施年燃油10.68×104t、燃煤4.82×104t、燃氣9.64×108m3,每年工業加熱鍋爐及民用鍋爐總能耗為146.89×104t標準煤。油田產出水主要集中在采油一廠、二廠、三廠、四廠、五廠、六廠,占全油田總產出水的96.4%。廠區所在地既是大慶油田的中心,也是大慶市經濟中心,辦公樓和居民樓供暖具有大量用熱需求。
3.3油田產出水開發利用前景
大慶油田地熱資源利用應以油田產出水地熱資源開發為主,以改造油田資產報廢井及地熱水為輔。開發利用上應以油田基礎設施供暖、油田礦區辦公和居民樓供暖為主,其次用于非礦區城鎮辦公樓、居民樓供暖,養殖種植、溫泉洗浴、發電等項目。
大慶油田用于集輸站的伴熱輸油每年需要燃燒大量的石油、天燃氣和煤,消耗巨額資金。如果合理開發地熱資源用于各集輸站供暖及伴熱輸油,利用采油高溫污水換熱,將熱量有效利用,既節省了能源,又改善了油區環境。
大慶地區地處嚴寒地帶,年平均氣溫3.5℃,最低氣溫-36.2℃,采暖期長達182天,幾乎全部采用燃煤或燃油鍋爐供暖,使大慶冬季采暖成本一直居高不下。以地熱采暖為補充可節省大量能源,同時可將地熱尾水用于城市化雪,保護環境,美化城市。
大慶是新興的石油城市,石油勘探和開采世界聞名,為旅游業奠定了良好的基礎。地熱水用于大型洗浴中心,采取梯級開發利用方式也具有良好的利用前景;地熱水用作大型賓館的供應熱水,可達到節能降耗的目的;同時可推廣地熱水在理療、防病、治病等方面的應用,以此提高油城人民的健康水平;利用地熱水興建溫泉生態旅游項目,提高城市知名度,可為招商引資創造好的環境。
4、結論
1)松遼盆地熱量值最高達到了90MW/m2,平均地溫梯度為3.8℃/100m,普遍高于東北地區其他沉積盆地。
2)松遼盆地發育上、中、下三套熱儲體系,中部熱儲為地熱水開發的良好層系。
3)油田采出水型地熱資源量豐富,潛力巨大,應用領域多,開發利用成本低,經濟環保,前景廣闊。
4)油田采出水型地熱資源可以直接用于油田摻水集輸和伴熱集輸等方面,也可以通過熱泵技術提取熱量應用于油田基礎設施和居民樓供暖,既可節省石油、天然氣、煤等傳統能源,又可改善油區環境,對大慶油田實施節能減排戰略具有十分重要的意義。
(審核編輯: Doris)
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