呂亳龍 馬建國 解紅軍 宗媛

（1.中國石油天然氣股份有限公司規(guī)劃總院；2.中國石油天然氣集團(tuán)公司勘探與生產(chǎn)分公司；3.中國石油工程建設(shè)有限公司北京設(shè)計(jì)分公司）

能源是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，對經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速健康發(fā)展和人民生活的改善發(fā)揮著十分重要的保障作用。2017年10月18日，中國共產(chǎn)黨第十九次全國代表大會上習(xí)近平總書記指出要推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命，構(gòu)建清潔低碳、安全高效的能源體系。這為我國能源工作指明了發(fā)展方向，從滿足高速增長的能源需求轉(zhuǎn)變?yōu)檎{(diào)整能源結(jié)構(gòu)，從高碳能源結(jié)構(gòu)調(diào)整為低碳能源結(jié)構(gòu)，關(guān)鍵是要發(fā)展“清潔能源、低碳能源”。清潔能源涉及范圍較廣，除天然氣、潔凈煤等非再生能源外，包括了幾乎全部的可再生能源，如太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、水能、地?zé)崮艿取Ｆ渲?，地?zé)崮苁俏ㄒ粊碜缘厍騼?nèi)部的可再生清潔能源，其能源利用系數(shù)最高達(dá)73%[1]，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于太陽能（14%）和風(fēng)能（21%）。

1 地?zé)崮苜Y源概述

地?zé)豳Y源是指能夠經(jīng)濟(jì)地被人類所利用的地球內(nèi)部的地?zé)崮?、地?zé)崃黧w及其有用組分[2]。相比其他可再生能源，地?zé)豳Y源的可持續(xù)性和穩(wěn)定性較好，附加價(jià)值多元化，較易實(shí)現(xiàn)分布式利用。地?zé)崮苜Y源按溫度可分為高溫地?zé)豳Y源、中溫地?zé)豳Y源、低溫地?zé)豳Y源；按熱儲狀態(tài)可分為淺層地?zé)崮堋⑺疅嵝偷責(zé)崮?、干熱巖。

我國境內(nèi)大陸地區(qū)地?zé)豳Y源分布廣、儲量巨大，根據(jù)地質(zhì)勘查評價(jià)結(jié)果，大陸地區(qū)含油氣盆地不僅蘊(yùn)藏大量油氣資源，還富集儲量豐厚的中低溫傳導(dǎo)型地?zé)崮苜Y源。中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所經(jīng)過幾十年的研究，測量了921個(gè)熱流數(shù)據(jù)點(diǎn)，于2011年更新并編制了中國大陸地區(qū)新版熱流圖[3]（圖1）。

圖1 中國大陸地區(qū)熱流圖

從油區(qū)分布上來看，中國石油所屬油區(qū)蘊(yùn)藏的地?zé)豳Y源大致可分為兩類：一類是65～100℃的中高溫地?zé)豳Y源，主要富集在松遼盆地、渤海灣盆地、鄂爾多斯盆地，富集區(qū)內(nèi)代表性的油田有大慶油田、遼河油田、吉林油田、華北油田、長慶油田等；另一類是25～65℃的中低溫地?zé)豳Y源，主要富集在柴達(dá)木盆地、準(zhǔn)格爾盆地、塔里木盆地、四川盆地，富集區(qū)內(nèi)代表性的油田有新疆油田、塔里木油田、西南油氣田等。

2013年，中國石油開展了油區(qū)地?zé)豳Y源初步調(diào)查，僅大慶油田、遼河油田、華北油田三家油田的地?zé)豳Y源總量達(dá)10 934×1018J[4]，占全國油區(qū)地?zé)豳Y源總量的44%。其中，可采地?zé)崮苜Y源達(dá)425×1018J，相當(dāng)于集團(tuán)公司能源消耗總量的200多倍，如此豐厚的地?zé)豳Y源儲量，若有效開發(fā)利用，可替代油田傳統(tǒng)能源消耗，切實(shí)降低油田生產(chǎn)成本。

2 地?zé)崮芾眉夹g(shù)

人類很早就開始將天然吐露的溫泉、地下熱水等應(yīng)用于各領(lǐng)域。我國從20世紀(jì)70年代初期開展現(xiàn)代意義上的地?zé)豳Y源開發(fā)利用，經(jīng)過40多年的發(fā)展，在技術(shù)上已形成以地?zé)岚l(fā)電和直接利用為主的綜合開發(fā)利用技術(shù)體系。

2.1 地?zé)岚l(fā)電技術(shù)

目前比較成熟的地?zé)岚l(fā)電技術(shù)主要有干蒸汽地?zé)岚l(fā)電、擴(kuò)容閃蒸地?zé)岚l(fā)電、雙工質(zhì)循環(huán)地?zé)岚l(fā)電、全流地?zé)岚l(fā)電[5]四種。

2.1.1 干蒸汽地?zé)岚l(fā)電

干蒸汽地?zé)岚l(fā)電是最簡單的地?zé)岚l(fā)電方式，利用具有一定過熱度的地?zé)嵴羝麃硗苿悠啓C(jī)做功，從而帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電的技術(shù)。其優(yōu)點(diǎn)是投資小，工藝簡單，技術(shù)成熟，安全可靠；發(fā)電循環(huán)效率高，通常為20%～40%；但一般僅適用于溫度大于150℃、干度接近100%飽和蒸汽地?zé)豳Y源。工藝流程如圖2所示。

圖2 干蒸汽地?zé)岚l(fā)電工藝流程

2.1.2 擴(kuò)容閃蒸地?zé)岚l(fā)電

擴(kuò)容閃蒸地?zé)岚l(fā)電可分為單級閃蒸和多級閃蒸兩種方式。地?zé)崴驖裾羝?jīng)閃蒸器或汽水分離器降壓閃蒸，產(chǎn)生的飽和蒸汽引到汽輪機(jī)做功發(fā)電；分離后的含鹽水在第二級低壓閃蒸器中閃蒸出低壓蒸汽并引入汽輪機(jī)中部繼續(xù)膨脹做功。擴(kuò)容閃蒸地?zé)岚l(fā)電技術(shù)適用于中低溫濕蒸汽田和熱水田產(chǎn)生的地?zé)崃黧w發(fā)電，其優(yōu)點(diǎn)是對地?zé)嵩磪?shù)要求比干蒸汽發(fā)電系統(tǒng)低，易實(shí)現(xiàn)中低溫地?zé)岚l(fā)電，但其發(fā)電循環(huán)效率也略低于干蒸汽發(fā)電系統(tǒng)，約為12%～20%。工藝流程如圖3所示。

圖3 擴(kuò)容閃蒸地?zé)岚l(fā)電工藝流程

2.1.3 雙工質(zhì)循環(huán)地?zé)岚l(fā)電

雙工質(zhì)循環(huán)地?zé)岚l(fā)電按工質(zhì)循環(huán)方式不同分為有機(jī)朗肯循環(huán)和卡琳娜循環(huán)兩種。地?zé)崴跓峤粨Q器中加熱低沸點(diǎn)的工質(zhì)使之變成蒸汽，進(jìn)而推動汽輪機(jī)做功發(fā)電。雙工質(zhì)循環(huán)地?zé)岚l(fā)電技術(shù)適用于地?zé)峋趨?shù)條件低，或地?zé)崴?、蒸汽中含有較多不凝結(jié)氣體雜質(zhì)的地?zé)崽?。其突出?yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)適應(yīng)性強(qiáng)，可利用各種不同化學(xué)類型地?zé)崴暗蜏氐責(zé)崴?，通常發(fā)電循環(huán)效率比擴(kuò)容閃蒸地?zé)岚l(fā)電技術(shù)高20%～30%。工藝流程如圖4所示。

圖4 雙工質(zhì)循環(huán)地?zé)岚l(fā)電工藝流程

2.1.4 全流地?zé)岚l(fā)電

全流地?zé)岚l(fā)電指來自生產(chǎn)井的地?zé)崃黧w全部進(jìn)入螺桿膨脹機(jī)，一邊膨脹一邊做功，驅(qū)動發(fā)電機(jī)發(fā)電。該工藝適應(yīng)性強(qiáng)，能適應(yīng)過熱蒸汽、飽和蒸汽、汽水兩相流體和熱水工質(zhì)，以及低品位地?zé)嵩吹牡責(zé)峋?，但該工藝機(jī)組整體熱效率和運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益略低。工藝流程如圖5所示。

圖5 全流地?zé)岚l(fā)電工藝流程

2.2 地?zé)嶂苯永眉夹g(shù)

地?zé)嶂苯永檬堑責(zé)豳Y源利用的主要方式，近年來我國地?zé)嶂苯永靡?guī)模穩(wěn)居世界第一位。截至2009年底，我國年直接利用地?zé)崮苓_(dá)7.53×1013kJ。

2.2.1 地源熱泵利用技術(shù)

地源熱泵系統(tǒng)分為地埋管地源熱泵、地下水源熱泵、地表水源熱泵，是通過少量高位電能輸入，將冷熱量由低位能向高位能轉(zhuǎn)移的空調(diào)系統(tǒng)。地?zé)崃黧w經(jīng)過熱泵機(jī)組蒸發(fā)器時(shí)，循環(huán)工質(zhì)吸收熱量蒸發(fā)，蒸汽經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮后放出熱量，在冷凝器中與系統(tǒng)循環(huán)介質(zhì)換熱，從而實(shí)現(xiàn)熱量傳遞。地源熱泵技術(shù)工藝系統(tǒng)簡單，適用性較強(qiáng)，利用效率高，同一套系統(tǒng)冬季可供暖、夏季可制冷，通常壓縮式熱泵系統(tǒng)COP可達(dá)3.5以上。工藝流程如圖6所示。

圖6 地源熱泵工藝流程

2.2.2 直接利用技術(shù)

地?zé)嶂苯永眉夹g(shù)是用換熱器直接提取中、低溫地?zé)崴疅崃浚偈褂醚h(huán)水對向系統(tǒng)供熱，在河北雄縣等水質(zhì)優(yōu)良的地區(qū)，可以使用地?zé)崴鳛闊崴粗苯舆M(jìn)入需熱環(huán)節(jié)進(jìn)行供熱，尾水返回至自來水廠處理后民用。

3 重點(diǎn)油田地?zé)崂们闆r

中國石油油區(qū)蘊(yùn)藏巨大的地?zé)豳Y源。1995年，中國石油天然氣總公司下達(dá)了“地?zé)豳Y源評價(jià)及綜合利用科研先導(dǎo)項(xiàng)目”，開展了渤海灣地區(qū)地?zé)豳Y源評價(jià)利用研究，開啟了地?zé)豳Y源規(guī)?；玫恼鞒?；隨后華北、大慶、大港等油田公司先后開展了油區(qū)職工住宅、辦公樓集中供暖，溫室大棚種植等地?zé)豳Y源利用項(xiàng)目，經(jīng)濟(jì)效益顯著。2003年，中國礦業(yè)聯(lián)合會、中國石油學(xué)會聯(lián)合組織召開了第一次“全國油區(qū)城鎮(zhèn)地?zé)衢_發(fā)利用經(jīng)驗(yàn)交流會”，系統(tǒng)總結(jié)并交流了我國油區(qū)及相關(guān)城鎮(zhèn)在地?zé)衢_發(fā)利用中所取得的成功經(jīng)驗(yàn)，帶動了全國地?zé)豳Y源的開發(fā)利用，各油田也紛紛探索油區(qū)地?zé)豳Y源利用的模式，并組織實(shí)施了諸多項(xiàng)目，取得了豐碩的研究成果。

3.1 大慶油田

大慶油田中深層地?zé)豳Y源非常豐富。初步勘察地?zé)崃黧w總量為6518×108m3，熱儲量達(dá)2.7×1015kJ，另外還有大量的采出水型地?zé)豳Y源。目前大慶油田水務(wù)公司成立油田地?zé)犴?xiàng)目部，組織地?zé)崂庙?xiàng)目的研究與實(shí)施，設(shè)計(jì)院、地質(zhì)研究院、節(jié)能減排項(xiàng)目部等單位提供技術(shù)支持。截至2014年底，大慶油田在采油一廠、二廠、三廠、五廠等單位利用熱泵技術(shù)共開展22個(gè)地?zé)峁┡?xiàng)目，總供暖面積達(dá)36×104m2，其中地源熱泵項(xiàng)目1個(gè)，水源熱泵項(xiàng)目3個(gè)，其余為采出水水源熱泵項(xiàng)目。

3.2 遼河油田

遼河油田淺層低溫地?zé)豳Y源非常豐富。初步勘察遼河凹陷地?zé)崃黧w總量為8800×108m3，熱儲量達(dá)1008×1015kJ，另外還有大量稠油高溫采出水。目前遼河油田供水公司成立地?zé)峁こ添?xiàng)目部，組織實(shí)施資源勘查利用項(xiàng)目。遼河油田已利用熱泵技術(shù)開展重點(diǎn)地?zé)崂庙?xiàng)目7個(gè)，其中5個(gè)采暖項(xiàng)目，2個(gè)供油氣技術(shù)伴熱項(xiàng)目，年總節(jié)能量6335 t（煤當(dāng)量），產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益564萬元。如興油三十五站地源熱泵供熱工程，共打30口地源井，產(chǎn)出50℃循環(huán)熱水為進(jìn)站原油加熱。項(xiàng)目實(shí)施后年節(jié)約天然氣23×104m3，投資回收期8.6年。

3.3 華北油田

華北油田中深層優(yōu)質(zhì)地?zé)豳Y源非常豐富。初步勘察，華北油田上第三系和中、上元古界地?zé)崽锏責(zé)崃黧w總量17694×108m3，地?zé)豳Y源總量為1304×1015kJ。目前華北油田勘探開發(fā)研究院成立地?zé)峋C合利用研究室，組織實(shí)施相關(guān)項(xiàng)目。華北油田已在發(fā)電、生產(chǎn)伴熱、供暖、養(yǎng)殖等眾多領(lǐng)域開展幾十項(xiàng)地?zé)崂庙?xiàng)目，日平均利用地?zé)崴?2 000 m3（不含溫泉洗?。?，年節(jié)能量1.4×104t。其中，用于工藝伴熱的項(xiàng)目共有3個(gè)，如雁嶺油田利用6口地?zé)崴苯舆M(jìn)行站內(nèi)外維溫伴熱，日產(chǎn)水量2020 m3，項(xiàng)目實(shí)施后年節(jié)約天然氣18×104m3。留北地?zé)岚l(fā)電站是中國第一個(gè)利用油田采出水發(fā)電的中低溫發(fā)電項(xiàng)目，于2011年4月投產(chǎn)試運(yùn)行，機(jī)組裝機(jī)容量410 kW，設(shè)置7采2注，日產(chǎn)水3600 m3，井口水溫117℃。截至2013年底，累計(jì)運(yùn)行2880 h，發(fā)電21×104kWh，增產(chǎn)原油4.4×104t。

4 對策建議

中國石油油區(qū)地?zé)豳Y源豐富，有大量的探井、廢井可直接利用，且在資源勘查與評價(jià)、鉆完井工藝、尾水回灌、防腐保溫等方面有豐富的技術(shù)支撐，經(jīng)過數(shù)十年的地?zé)崂梅e累，各油氣田總結(jié)了豐富的可借鑒經(jīng)驗(yàn)。但是總覽已開展的地?zé)崂庙?xiàng)目，也存在一定不足，如油田生產(chǎn)場所用熱集中區(qū)與地?zé)岣患瘏^(qū)匹配程度不高，項(xiàng)目建成能源有效利用率偏低，項(xiàng)目投資回收期普遍較長，地區(qū)公司開展項(xiàng)目積極性不高等問題。

為進(jìn)一步推動地?zé)豳Y源有效開發(fā)利用，加強(qiáng)“綠色礦山”建設(shè)，切實(shí)在油氣田生產(chǎn)領(lǐng)域替代傳統(tǒng)化石能源消耗，實(shí)現(xiàn)“降本增效”，需強(qiáng)化以下幾方面的工作：

1）開展廢井、探井調(diào)查評估，挖掘資源潛力，發(fā)揮油田勘探、鉆完井、水處理等技術(shù)優(yōu)勢，以低開發(fā)成本面向市場培育新興產(chǎn)業(yè)鏈，形成效益增長點(diǎn)；

2）開展梯級綜合利用方式向站內(nèi)用熱負(fù)荷（生產(chǎn)、生活、附屬產(chǎn)業(yè)）供熱，提高項(xiàng)目綜合收益；

3）合理設(shè)定地?zé)崂庙?xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益評價(jià)指標(biāo)，凸顯項(xiàng)目節(jié)能減排效益及社會效益，強(qiáng)化清潔低碳生產(chǎn)示范作用；

4）建立地?zé)豳Y源利用技術(shù)及信息共享平臺，促進(jìn)各地區(qū)公司成果共享；

5）實(shí)時(shí)跟蹤產(chǎn)業(yè)政策，如未來資源費(fèi)征收、尾水回灌等方面面臨的不確定性，并分析其對地?zé)崂庙?xiàng)目經(jīng)濟(jì)效益的影響；

6）組建專業(yè)化地?zé)岙a(chǎn)業(yè)發(fā)展管理機(jī)構(gòu)，爭取國家、集團(tuán)公司相關(guān)財(cái)務(wù)、政策扶持并負(fù)責(zé)組織協(xié)調(diào)相關(guān)工作。