雄安新區(qū)及其周邊古潛山地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用前景

羅 寧 張 軍 李健敏 辛守良

1. 中國(guó)石油華北油田公司 2. 河北雄安華油清潔能源有限公司 3. 中國(guó)石油華北油田公司勘探開(kāi)發(fā)研究院

0 引言

京津冀腹地雄安新區(qū)及其周邊地區(qū)地理位置上屬于環(huán)渤海灣盆地冀中坳陷，區(qū)內(nèi)古潛山地?zé)豳Y源非常豐富，熱儲(chǔ)主要為中上元古界薊縣系霧迷山組和長(zhǎng)城系高于莊組裂縫—溶洞型白云巖，熱儲(chǔ)厚度大，溫度高，水質(zhì)好，儲(chǔ)量豐富（4 000 m以淺地?zé)豳Y源量為378.3×109GJ，熱水總量為526×108m3），開(kāi)發(fā)利用潛力巨大。

2017年我國(guó)第一次把地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用列入“十三五”規(guī)劃，按照以調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、防治大氣污染、減少溫室氣體排放、推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化為導(dǎo)向，依靠科技進(jìn)步，創(chuàng)新地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用模式，積極培育地?zé)崮苁袌?chǎng)；按照技術(shù)先進(jìn)、環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)可行的總體要求，全面促進(jìn)地?zé)崮苡行Ю?。近期，中?guó)石油發(fā)布公告，首次將“地?zé)岬目辈?、開(kāi)采、利用”正式列入經(jīng)營(yíng)范圍，表明國(guó)家和央企對(duì)這一清潔能源高度關(guān)注和重視[1-4]，也為地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)利用提供了政策引領(lǐng)。

雄安新區(qū)具有得天獨(dú)厚的地?zé)豳Y源潛力，中國(guó)石油華北油田公司（以下簡(jiǎn)稱華北油田）已在該區(qū)進(jìn)行了多年的地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)，在油田集輸伴熱、社區(qū)供暖、發(fā)電等地?zé)豳Y源綜合利用方面積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。筆者在系統(tǒng)分析雄安新區(qū)及周邊古潛山地?zé)豳Y源特征及開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，基于國(guó)家相關(guān)政策，從雄安新區(qū)及其周邊地?zé)岙a(chǎn)業(yè)培育實(shí)踐角度，提出了“供熱為主、發(fā)電為輔；油區(qū)優(yōu)先、綜合利用”這一地?zé)豳Y源快速產(chǎn)業(yè)化發(fā)展模式，以期為其他地區(qū)地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)提供借鑒，推動(dòng)中國(guó)地?zé)崮墚a(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

1 雄安新區(qū)及周邊古潛山地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)

1.1 古潛山熱儲(chǔ)分布及特征

雄安新區(qū)及其周邊地區(qū)分布眾多古潛山，如位于構(gòu)造隆起帶的容城凸起、牛駝鎮(zhèn)凸起、高陽(yáng)凸起、寧晉凸起古潛山等，位于古潛山帶的鄚州、雁翎、大城、獻(xiàn)縣、任丘、河間、南馬莊、留路古潛山等（圖1），其中大城、獻(xiàn)縣這2個(gè)古潛山的熱儲(chǔ)面積大于1 000 km2，其余古潛山熱儲(chǔ)面積均大于100 km2，屬于大中型地?zé)崽颷5-7]。

2005年，華北油田依靠區(qū)域內(nèi)豐富的地震、地質(zhì)、鉆井以及開(kāi)發(fā)生產(chǎn)等資料，進(jìn)行了系統(tǒng)的地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)研究，將區(qū)域內(nèi)熱儲(chǔ)縱向上劃分為4套：新近系明化鎮(zhèn)組、館陶組高孔隙型砂巖熱儲(chǔ)，古近系東營(yíng)組、沙河街組中孔隙型砂巖熱儲(chǔ)，下古生界奧陶系和寒武系府君山組裂縫型石灰?guī)r、白云巖熱儲(chǔ)，中、上元古界薊縣系霧迷山組和長(zhǎng)城系高于莊組裂縫—溶洞型白云巖熱儲(chǔ)，其中，新近系館陶組高孔隙型砂巖熱儲(chǔ)和中、上元古界薊縣系霧迷山組裂縫—溶洞型白云巖熱儲(chǔ)是主要熱儲(chǔ)。古潛山熱儲(chǔ)上部通常直接覆蓋古近系或者在石炭—二疊系上面覆蓋古近系，蓋層厚度大，熱儲(chǔ)溫度較高。熱儲(chǔ)裂縫、溶洞較為發(fā)育，儲(chǔ)層厚度大，尤其是薊縣系霧迷山組熱儲(chǔ)品質(zhì)最好。主要熱儲(chǔ)物性特征如表1所示。

表1 主要熱儲(chǔ)物性特征表

1.2 地溫場(chǎng)特征

冀中坳陷地?zé)豳Y源為中低溫傳導(dǎo)型，地溫場(chǎng)異常且呈現(xiàn)高低相間、帶狀分布的特征（圖2-a），并與構(gòu)造上的凸起、凹陷相對(duì)應(yīng)。凸起地區(qū)地溫梯度高，凹陷地區(qū)地溫梯度則低，異常帶延伸的方向以北北東—北東向?yàn)橹??？拷鞑垦靥猩綎|麓北京至保定—石家莊凹陷一帶，屬低地溫梯度分布區(qū)，地溫梯度小于2.5 ℃/100 m，而由牛駝鎮(zhèn)—高陽(yáng)—寧晉凸起構(gòu)成的中央隆起帶，則屬高地溫異常區(qū)，地溫梯度介于3.2～6.0 ℃/100 m。雄安新區(qū)主要包括牛駝鎮(zhèn)凸起和容城凸起等次級(jí)構(gòu)造單元，其高點(diǎn)埋深介于700～1 000 m，底界埋深介于2 000～2 500 m，熱儲(chǔ)溫度介于60～85 ℃，其溫度等值線如圖2-b所示。東部的滄縣隆起屬高地溫異常區(qū)，平均地溫梯度介于3.4～3.6 ℃/100 m。

1.3 地層水化學(xué)性質(zhì)

地層水的化學(xué)性質(zhì)主要受沉積層的巖性、沉積環(huán)境、儲(chǔ)集空間、構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、水動(dòng)力條件等因素控制，基巖（古潛山）地層水接受大量的淋濾水滲入，同時(shí)也有古近系泥巖壓實(shí)排出水進(jìn)入，礦化度介于3～8 g/L， 水 型 為 HCO3—Na或 HCO3·CI—Na型，pH值介于6.4～8.0，拉伸指數(shù)約3.8，具有中等腐蝕性，不結(jié)垢。

1.4 古潛山地?zé)豳Y源

如前所述，古潛山地?zé)崽锘径季邆錈醿?chǔ)面積、厚度大，孔洞和裂縫發(fā)育，地?zé)崴畠?chǔ)量大的特征，根據(jù)統(tǒng)計(jì)，雄安新區(qū)及其周邊地區(qū)古潛山分布密集且地?zé)豳Y源豐富，其中地?zé)崴Y源量大于1×108m3、熱儲(chǔ)溫度高于100 ℃的古潛山主要有位于雄安新區(qū)內(nèi)的牛駝鎮(zhèn)凸起古潛山及位于周邊地區(qū)的雁翎、任丘、高陽(yáng)等14個(gè)古潛山，總的地?zé)崴Y源量達(dá)526×108m3， 可 動(dòng) 用 的 地 熱 水 資 源 量 為 366.1×108m3，資源量巨大，相關(guān)詳細(xì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2（從圖1可以看出，雄安新區(qū)內(nèi)牛駝鎮(zhèn)凸起與容城凸起的熱儲(chǔ)厚度、熱儲(chǔ)面積和地?zé)崴Y源量均比較大，由于容城凸起熱儲(chǔ)埋深較淺，熱儲(chǔ)溫度較低，表2中沒(méi)有統(tǒng)計(jì)）。其中，中央隆起帶（圖1中粉紅色區(qū)域）主要包括牛駝鎮(zhèn)（含南孟古潛山）凸起、容城凸起、高陽(yáng)凸起、雁翎古潛山、寧晉凸起、劉村古潛山等，地?zé)崴ǖ貙訙囟雀哂?00 ℃）資源量為394×108m3，東部古潛山帶（圖1）主要包括任丘古潛山、南馬莊古潛山、河間—八里莊古潛山、獻(xiàn)縣古潛山、留路—留北古潛山、孫虎古潛山等，地?zé)崴ǖ貙訙囟雀哂?00℃）資源量為130×108m3。還有西部凹陷區(qū)的無(wú)極古潛山，地?zé)崴ǖ貙訙囟雀哂?00 ℃）資源量為2×108m3。

表2 主要古潛山地?zé)豳Y源量數(shù)據(jù)表

2 古潛山地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀及優(yōu)勢(shì)技術(shù)

2.1 古潛山地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用現(xiàn)狀

雄安新區(qū)及周邊地區(qū)古潛山地?zé)豳Y源豐富且廣泛分布，從20世紀(jì)90年代開(kāi)始，位于雄安周邊地區(qū)的霸州、任丘、河間等地區(qū)，利用其便捷的地?zé)豳Y源進(jìn)行地?zé)峁┡?、集輸伴熱、花卉蔬菜種植、地?zé)岚l(fā)電等，取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，積累了豐富的地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用經(jīng)驗(yàn)。

2.1.1 原油集輸伴熱

處于開(kāi)發(fā)后期的古潛山油藏，含水量一般都超過(guò)90%，油田正常生產(chǎn)產(chǎn)出的余熱水溫度高、水量大，可以直接用于原油集數(shù)伴熱，從而節(jié)約燃煤、燃油和燃?xì)狻?000年以來(lái)，位于任丘地區(qū)的雁翎油田和辛集地區(qū)的荊丘油田，一直利用古潛山油田產(chǎn)出熱水進(jìn)行集輸伴熱，每年節(jié)約燃煤約2 000 t，節(jié)約燃?xì)饧s100×104m3；位于河間地區(qū)的留北油田，利用油田產(chǎn)出熱水替代燃油，每年節(jié)約燃油約1 000 t。

2.1.2 民用供暖

地?zé)峁┡瘜儆谇鍧嵞茉垂┡?，不僅可以節(jié)能，而且還可以減少污染物排放，2000年以來(lái)，雄安新區(qū)周邊的霸州油田和河間油田，利用古潛山地?zé)崴M(jìn)行社區(qū)供暖，供暖面積約6×104m2，每年節(jié)約燃?xì)饧s200×104m3，節(jié)約燃煤約2 000 t，減少二氧化碳等污染物排放量約6 000 t。雄安新區(qū)成立以來(lái)，其周邊的霸州、任丘、蠡縣等地區(qū)，利用10口古潛山熱水井（5口采水井、5口回灌井）進(jìn)行供暖，完成地?zé)峁┡娣e約200×104m2。

2.1.3 地?zé)岚l(fā)電

地?zé)岚l(fā)電一般不受地域、天氣、氣候的影響。雄安新區(qū)及周邊地區(qū)古潛山中低溫地?zé)豳Y源儲(chǔ)量大、品位高，發(fā)電潛力巨大。2012年和2016年，在中石油和科技部的大力支持下，先后在河間地區(qū)建設(shè)完成了400 kW雙螺桿膨脹機(jī)和500 kW有機(jī)工質(zhì)汽輪機(jī)先導(dǎo)試驗(yàn)基地，均為當(dāng)年完成試驗(yàn)基地建設(shè)和發(fā)電運(yùn)行，其中，前者累計(jì)發(fā)電約32×104kW·h，后者累計(jì)發(fā)電約5×104kW·h。

2.1.4 地?zé)崮苻r(nóng)業(yè)利用

地?zé)崮苻r(nóng)業(yè)利用處于地?zé)豳Y源利用產(chǎn)業(yè)鏈的下游，與人民群眾的日常生活息息相關(guān)，如蔬菜大棚、花卉養(yǎng)殖等，2000—2010年，雄安新區(qū)周邊的霸州地區(qū)利用古潛山井供暖后的余熱水建成29棟花卉溫室大棚，總面積約1.5×104m2，年產(chǎn)值75萬(wàn)元。之后，由于礦區(qū)建設(shè)改造，花卉溫室大棚不再運(yùn)營(yíng)。

2.2 古潛山地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用優(yōu)勢(shì)技術(shù)

雄安新區(qū)及其周邊地區(qū)地?zé)豳Y源經(jīng)多年的開(kāi)發(fā)利用，已形成系列優(yōu)勢(shì)技術(shù)，如尋找地?zé)崴患瘏^(qū)的裂縫識(shí)別技術(shù)、鉆完井技術(shù)，地?zé)豳Y源高效開(kāi)發(fā)利用的開(kāi)發(fā)方案優(yōu)化技術(shù)、采灌全封閉取熱不取水技術(shù)、油氣熱協(xié)同開(kāi)發(fā)技術(shù)、地?zé)崴l(fā)電技術(shù)等[8-11]。

2.2.1 裂縫識(shí)別技術(shù)

裂縫是古潛山熱儲(chǔ)地?zé)崴饕膬?chǔ)集空間和流動(dòng)通道，鉆遇裂縫多的地?zé)峋梢赃_(dá)到采水井高產(chǎn)和大排量回注的效果。古潛山裂縫識(shí)別，一方面需進(jìn)行地質(zhì)構(gòu)造演化及沉積演變特征分析，從地史角度初步判別儲(chǔ)層縫洞發(fā)育主要區(qū)域；另一方面要利用地震屬性相關(guān)軟件反演預(yù)測(cè)儲(chǔ)層發(fā)育有利部位，指導(dǎo)井位部署及開(kāi)發(fā)方案設(shè)計(jì)。如利用地震紋理相干屬性識(shí)別裂縫，在雄安新區(qū)及其周邊地區(qū)古潛山鉆井中取得了較好的效果。地層由于沉積構(gòu)造運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生斷層和裂縫，在地震圖像中就留下了地質(zhì)變遷的痕跡，這些痕跡即紋理。地震數(shù)據(jù)中像元的反射振幅與波形會(huì)由于小斷層和裂縫的存在而在特定方向上發(fā)生變化，因此地震資料中紋理的粗細(xì)直接或間接反映了不同地質(zhì)構(gòu)造所形成的反射振幅的強(qiáng)弱。另外，利用地震相位轉(zhuǎn)換也可以有效地識(shí)別裂縫。

2.2.2 開(kāi)發(fā)方案優(yōu)化技術(shù)

古潛山地層是非均質(zhì)儲(chǔ)層，在裂縫識(shí)別評(píng)價(jià)基礎(chǔ)上如何構(gòu)建采灌井組合，是確定高效開(kāi)發(fā)方案的基礎(chǔ)。通常溶洞、風(fēng)化殼與斷裂破碎帶是主要儲(chǔ)集空間，網(wǎng)狀應(yīng)力縫是主要溝通渠道，根據(jù)目標(biāo)區(qū)可動(dòng)水量可設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力上限。原則上采灌井設(shè)計(jì)在儲(chǔ)層發(fā)育部位，采灌井距保持合理，確保熱水介質(zhì)循環(huán)運(yùn)移路徑足夠，防止熱突破。可以利用目標(biāo)區(qū)塊的地質(zhì)構(gòu)造、儲(chǔ)層物性、流體特征等參數(shù)建立地質(zhì)模型，模擬計(jì)算回注水溫度隨時(shí)間的變化，以及在不同注采井距條件下，注水井附近的溫度變化情況，從而實(shí)現(xiàn)開(kāi)發(fā)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)。

圖3是雄安新區(qū)容東安置區(qū)古潛山地?zé)峋⒉删嗄M計(jì)算結(jié)果（24口采水井，單井平均采水量5 000 m3/d，12口注水井，單井平均注水量10 000 m3/d），可以看出，在單井注水量為10 000 m3/d，回注水溫度為27 ℃，注采井距大于400 m左右時(shí)，50年末采水井井底溫度沒(méi)有變化（保持地層溫度）。依此考慮合理的注采井距為400 m。

同時(shí)，在實(shí)施過(guò)程中也要根據(jù)首批鉆探采灌數(shù)據(jù)進(jìn)一步優(yōu)化開(kāi)發(fā)方案，確定最優(yōu)采灌參數(shù)。圖4是雄安新區(qū)周邊一對(duì)古潛山井注采試驗(yàn)數(shù)據(jù)圖，試驗(yàn)最大采、注排量為118 m3/h，對(duì)應(yīng)采水井動(dòng)水位為－272 m，注水井動(dòng)水位為－89 m，根據(jù)采水井和注水井動(dòng)液面變化趨勢(shì)分析，當(dāng)注水井動(dòng)液面到井口時(shí)，對(duì)應(yīng)的最大注水量為136 m3/h，折合約3 260 m3/d。對(duì)應(yīng)相同的采水量，采水井動(dòng)液面在－350 m左右，井口出水溫度約127 ℃。由此確定該井組采灌井經(jīng)濟(jì)運(yùn)行參數(shù)在100 m3/h較為合理，以此類推，進(jìn)一步完善其他采灌井組生產(chǎn)參數(shù)，從而達(dá)到整體開(kāi)發(fā)方案最優(yōu)化。

2.2.3 叢式井群負(fù)壓鉆采配套技術(shù)

地?zé)峋话悴渴鹪谧≌瑓^(qū)或商業(yè)開(kāi)發(fā)區(qū)，因而地面可利用空間小，鉆井常設(shè)計(jì)為叢式井群，這樣既可以集約用地，又能實(shí)現(xiàn)同一井場(chǎng)集中換熱、集中回灌；井身結(jié)構(gòu)優(yōu)化既要結(jié)合產(chǎn)液及回灌能力設(shè)計(jì)泵室大小，又要根據(jù)目的層段地層硬度優(yōu)化完井方式。目前，華北平原古潛山地?zé)衢_(kāi)發(fā)井一開(kāi)表套（泵室）采用339.7 mm，下深400～500 m，目的層裸眼完井或篩管完井；古潛山目的層地層壓力系數(shù)一般小于1，常采用清水鉆進(jìn)，遇到漏失量大的井段采用氣泡水負(fù)壓鉆井，堅(jiān)決禁止采取堵漏措施；完鉆后需進(jìn)行測(cè)井及采灌水試驗(yàn)，以便準(zhǔn)確評(píng)價(jià)儲(chǔ)層采灌能力，優(yōu)化采灌井網(wǎng)。

2.2.4 古潛山重力流開(kāi)發(fā)技術(shù)

采水井和注水井為同一溫壓系統(tǒng)，同一熱儲(chǔ)深度，如圖5所示，對(duì)于非自溢地?zé)峋?，井筒?nèi)靜液面高度（Hs）與靜液柱的平均密度（ρs）是一定的。當(dāng)采用技術(shù)措施，將ρs降低至自溢密度閾值ρ閥值時(shí)，井筒內(nèi)液體即會(huì)在地層自身壓力作用下，實(shí)現(xiàn)自溢。若繼續(xù)降低井筒液柱密度，當(dāng)ρ≤ρ閥值時(shí)，將出現(xiàn)自噴。經(jīng)過(guò)一段開(kāi)采時(shí)間，采水井井筒內(nèi)液體溫度升高，密度變小，可實(shí)現(xiàn)大排量自噴開(kāi)采；換熱后液體溫度降低，密度變大，回灌井可實(shí)現(xiàn)大排量無(wú)壓回灌。ρ閥值的計(jì)算公式為：

式中Hs表示井筒內(nèi)靜液面高度，m；H表示儲(chǔ)層深度，m；ρs表示靜液柱的平均密度，g/cm3。

2.2.5 采灌全封閉取熱不取水技術(shù)

圖6是雄安新區(qū)周邊地區(qū)2口古潛山地?zé)峋ㄒ徊梢蛔ⅲ┎勺⑹疽鈭D，以古潛山儲(chǔ)集空間發(fā)育特征為依據(jù)，設(shè)計(jì)采注井位分別部署在古潛山高低部位（高差ΔH），并在橫向上保持一定距離（ΔL）。通過(guò)在采水井內(nèi)誘噴或排液，采出高溫?zé)崴ǖ兔芏龋┙?jīng)換熱后形成低溫水（高密度）進(jìn)入回灌井，在密度差及泵動(dòng)力的雙重作用下，推動(dòng)循環(huán)水體在“地層→采水井筒（低密度）→地面換熱→回灌井筒（高密度）→地層”往復(fù)循環(huán)，循環(huán)流體在古潛山塊狀地層內(nèi)的垂向流動(dòng)遵循重力流動(dòng)規(guī)律，實(shí)現(xiàn)采灌全封閉取熱不取水和地?zé)崴h(huán)利用。

2.2.6 地?zé)幔嗄芑パa(bǔ)及供熱智慧化技術(shù)

利用地?zé)嶙鳛榛A(chǔ)熱負(fù)荷，電力和天然氣等清潔能源作為調(diào)峰熱負(fù)荷，以30%～60%地?zé)釤嵩囱b機(jī)，實(shí)現(xiàn)55%～85%地?zé)峁崃?，充分發(fā)揮出地?zé)徇@種可再生能源的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)結(jié)合多種調(diào)峰熱源，有效提高了供熱系統(tǒng)可靠性并降低了建設(shè)投資，使古潛山地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)的經(jīng)濟(jì)性得到大幅改善。目前已在雄安新區(qū)周邊的任丘石油新城實(shí)施了古潛山地?zé)幔?口地?zé)崴徊梢还?，采灌平衡，采水井產(chǎn)水量3 000～4 000 m3/d，井口出水溫度約127 ℃）、砂巖地?zé)幔?口地?zé)崴?，一采兩灌，采灌平衡，采水井產(chǎn)水量介于1 800～2 200 m3/d，井口出水溫度約80 ℃）、油田工業(yè)余熱（油田生產(chǎn)伴生熱水，日產(chǎn)水量3 000～3 600 m3，水溫度約80 ℃）、電力等多能互補(bǔ)清潔供暖項(xiàng)目，取得了良好的運(yùn)行效果。供熱智慧化技術(shù)是基于第五代供熱調(diào)節(jié)技術(shù)，針對(duì)地?zé)崛壕?、地?zé)崮茉凑?、用戶終端，采用井—站—網(wǎng)—用戶聯(lián)合調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了用戶數(shù)據(jù)采集和智能分析，按需供熱，自動(dòng)調(diào)節(jié)分配生產(chǎn)井?dāng)?shù)量和單井開(kāi)采量，使每口地?zé)峋幱谧罴沿?fù)荷率，降低了采水能耗和供熱能耗，地?zé)嶂腔酃嵝б骘@著。

2.2.7 地?zé)岚l(fā)電技術(shù)

目前，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較多的中低溫地?zé)岚l(fā)電技術(shù)主要有閃增（擴(kuò)容）法、全流法、卡琳娜循環(huán)、有機(jī)朗肯循環(huán)（ORC，螺桿膨脹機(jī)和透平機(jī)）等，其中，有機(jī)朗肯循環(huán)技術(shù)的應(yīng)用較為普及，其主要包括3個(gè)獨(dú)立的循環(huán)系統(tǒng)即熱源循環(huán)系統(tǒng)、有機(jī)工質(zhì)循環(huán)系統(tǒng)和冷卻水循環(huán)系統(tǒng)[12-17]（圖7）。近年來(lái)，利用古潛山地?zé)崴谛郯仓苓叺貐^(qū)先后開(kāi)展了400 kW螺桿機(jī)和500 kW透平機(jī)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，取得了較好的應(yīng)用效果，目前正在研究實(shí)踐大功率透平機(jī)應(yīng)用技術(shù)，相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3所示。

表3 古潛山地?zé)崤c化工熱源發(fā)電試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

2.2.8 油、氣、熱協(xié)同開(kāi)發(fā)技術(shù)

地?zé)崴Ｅc油氣伴生，油氣田到了開(kāi)發(fā)后期產(chǎn)出液綜合含水率超過(guò)90%，采出的余熱水在回灌地層之前通過(guò)換熱可以實(shí)現(xiàn)小規(guī)模開(kāi)發(fā)利用。早在20世紀(jì)90年代，華北油田就開(kāi)始利用雄安新區(qū)周邊地區(qū)古潛山熱水井產(chǎn)出的熱水進(jìn)行花卉養(yǎng)殖和蔬菜種植，同時(shí)代替燃油和燃煤進(jìn)行原油集輸伴熱和站內(nèi)維溫，實(shí)現(xiàn)清潔能源的有效利用和節(jié)能減排，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。隨著油田含水率的進(jìn)一步升高，油氣開(kāi)發(fā)突破邊際效益，此時(shí)通過(guò)調(diào)整開(kāi)發(fā)方式可以大幅提高地?zé)崴a(chǎn)水量，進(jìn)行發(fā)電或供暖形成規(guī)模經(jīng)濟(jì)，同時(shí)，亦可在有底水或邊水的油氣田采用高部位采油氣、低部位采地?zé)崴@一開(kāi)發(fā)利用模式，實(shí)現(xiàn)油氣熱協(xié)同開(kāi)發(fā)與利用，從而推動(dòng)油氣產(chǎn)業(yè)向地?zé)岙a(chǎn)業(yè)有序轉(zhuǎn)型，即油田變地?zé)崽?。目前華北油田的任丘油田、南孟油田、八里莊油田的油氣熱協(xié)同開(kāi)采已形成示范效應(yīng)，根據(jù)目前生產(chǎn)情況，對(duì)于油氣田高部位采油氣效果基本沒(méi)有影響。例如，在地面上位于任丘古潛山油田上的石油新城礦區(qū)，供暖面積為65×104m2，在古潛山下部新鉆2口地?zé)崴徊梢还?，采灌平衡，采水井產(chǎn)水量介于3 000～4 000 m3/d，井口出水溫度約127 ℃。油水同采示意圖如圖8所示，由于原油含水率高，這部分水也被利用起來(lái)供暖，兩種熱源（一種是直接采出的古潛山上部地?zé)崴?，另一種為采油攜帶出來(lái)的余熱水）基本滿足了石油新城礦區(qū)的供暖需求，實(shí)現(xiàn)了在同一個(gè)古潛山油田油氣熱協(xié)同開(kāi)發(fā)。“十四五”期間，預(yù)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)五采五灌，每年（一個(gè)采暖季）利用地?zé)崴?80×104～240×104m3，實(shí)現(xiàn)供暖面積約 230×104m2。

3 相關(guān)政策分析

地?zé)崮苁且环N綠色低碳、可循環(huán)利用的可再生能源，具有儲(chǔ)量大、分布廣、清潔環(huán)保、穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)。我國(guó)地?zé)豳Y源豐富，市場(chǎng)潛力巨大，發(fā)展前景廣闊。加快開(kāi)發(fā)利用地?zé)崮懿粌H對(duì)調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、節(jié)能減排、改善環(huán)境具有重要意義，而且對(duì)培育新興產(chǎn)業(yè)、促進(jìn)新型城鎮(zhèn)化建設(shè)、增加就業(yè)等具有顯著的拉動(dòng)效應(yīng)，是促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)的重要舉措。近年來(lái)，國(guó)家高度重視對(duì)地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)利用，相繼出臺(tái)了許多優(yōu)惠政策和指導(dǎo)性文件。

2017年，國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)等部門聯(lián)合發(fā)布“地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用‘十三五’規(guī)劃”，該規(guī)劃明確指出：全面推進(jìn)能源生產(chǎn)和消費(fèi)革命戰(zhàn)略，以調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、防治大氣污染、減少溫室氣體排放、推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化為導(dǎo)向，依靠科技進(jìn)步，創(chuàng)新地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用模式，積極培育地?zé)崮苁袌?chǎng)，按照技術(shù)先進(jìn)、環(huán)境友好、經(jīng)濟(jì)可行的總體要求，全面促進(jìn)地?zé)崮苡行Ю?。這是第一次把地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用上升到國(guó)家戰(zhàn)略層面，是我國(guó)地?zé)岙a(chǎn)業(yè)發(fā)展的里程碑事件，對(duì)我國(guó)地?zé)岙a(chǎn)業(yè)快速、健康發(fā)展起到極大的推動(dòng)作用。

《可再生能源發(fā)展“十四五”規(guī)劃研究（地?zé)岵糠郑芬延?2019 年啟動(dòng)，地?zé)崮堋笆奈濉币?guī)劃是《可再生能源發(fā)展“十四五”規(guī)劃研究》的重要組成部分，目前還未正式發(fā)布，其中，地?zé)崮堋笆奈濉币?guī)劃構(gòu)想將通過(guò)實(shí)施“一點(diǎn)、兩帶、三區(qū)、國(guó)際化”的發(fā)展路徑，以此帶動(dòng)地?zé)崮墚a(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展。其中“一點(diǎn)”即打造雄安新區(qū)地?zé)岙a(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展樣板，占領(lǐng)全球行業(yè)制高點(diǎn)[18]。

2021年3月12日《中華人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》發(fā)布，指出：“十四五”及未來(lái)時(shí)期，我國(guó)要加快構(gòu)建現(xiàn)代能源體系。推進(jìn)能源革命，建設(shè)清潔低碳、安全高效的能源體系，提高能源供給保障能力，因地制宜開(kāi)發(fā)利用地?zé)崮堋?/p>

2021年2月，國(guó)家能源局發(fā)布《關(guān)于因地制宜做好可再生能源供暖相關(guān)工作的通知》（國(guó)能發(fā)新能〔2021〕3號(hào)）（以下簡(jiǎn)稱“通知”），“通知”提出，重點(diǎn)推進(jìn)中深層地?zé)崮芄┡?，按照“以灌定采、采灌均衡、水熱均衡”的原則，根據(jù)地?zé)嵝纬蓹C(jī)理、地?zé)豳Y源品位和資源量、地下水生態(tài)環(huán)境條件，實(shí)施總量控制、分區(qū)分類管理，以集中與分散相結(jié)合的方式推進(jìn)中深層地?zé)崮芄┡?。“通知”還建議，參與地?zé)峥碧皆u(píng)價(jià)的企業(yè)應(yīng)優(yōu)先獲得地?zé)豳Y源特許經(jīng)營(yíng)資格；地?zé)崮芄┡皇芄崽卦S經(jīng)營(yíng)權(quán)限制；鼓勵(lì)利用油田采出水開(kāi)展地?zé)崮芄┡?、地下水資源與所含礦物質(zhì)資源綜合利用等。

2020年，中石油發(fā)布公告，首次將“地?zé)岬目辈椤㈤_(kāi)采、利用”正式列入經(jīng)營(yíng)范圍，這些相關(guān)政策的陸續(xù)出臺(tái)，表明國(guó)家和中石油對(duì)這一清潔能源的高度關(guān)注和重視，為地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用提供了政策引領(lǐng)。必將帶來(lái)地?zé)崮荛_(kāi)發(fā)利用產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。

4 雄安新區(qū)及其周邊古潛山地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用前景

《河北雄安新區(qū)總體規(guī)劃（2018—2035年）》提出，打造優(yōu)美自然生態(tài)環(huán)境，堅(jiān)持尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)自然，開(kāi)展生態(tài)保護(hù)與環(huán)境治理，建設(shè)新時(shí)代的生態(tài)文明典范城市，塑造高品質(zhì)城區(qū)生態(tài)環(huán)境，保障區(qū)域生態(tài)安全，推動(dòng)區(qū)域環(huán)境協(xié)同治理，根本改善大氣環(huán)境質(zhì)量，嚴(yán)守土壤環(huán)境安全底線，努力建設(shè)天藍(lán)、地綠、水清的美麗雄安。2021年5月11—12日，中國(guó)石油勘探與生產(chǎn)分公司新能源工作推進(jìn)會(huì)在華北油田召開(kāi)，中石油地?zé)針I(yè)務(wù)“十四五”發(fā)展規(guī)劃戰(zhàn)略布局提出：①兩個(gè)方向，即清潔替代、對(duì)外供能；②三大領(lǐng)域，即油區(qū)用能替代、油區(qū)周邊供能、開(kāi)拓外部市場(chǎng)；③3個(gè)示范，即東北用能替代示范、京津冀清潔供暖示范、長(zhǎng)三角采暖制冷示范。其中京津冀清潔供暖示范至少要達(dá)到8 000×104m2。綠色雄安以及京津冀協(xié)同發(fā)展對(duì)作為清潔可再生能源的地?zé)豳Y源有著巨大的需求。

4.1 地?zé)峁┡?/h3>

4.1.1 雄安新區(qū)

作為雄安新區(qū)起步區(qū)、啟動(dòng)區(qū)的容東片區(qū)、容西片區(qū)、雄東片區(qū)和雄安站樞紐片區(qū)的規(guī)劃已經(jīng)完成，初步估計(jì)，這4個(gè)片區(qū)的供暖需求約4 000×104m2。按照“一主、五輔、多節(jié)點(diǎn)”的新區(qū)城鄉(xiāng)空間布局，“一主”即起步區(qū)，選擇容城、安新兩縣交界區(qū)域作為起步區(qū)，是新區(qū)的主城區(qū)；“五輔”即雄縣、容城、安新縣城及寨里、昝崗五個(gè)外圍組團(tuán)；“多節(jié)點(diǎn)”即若干特色小鎮(zhèn)和美麗鄉(xiāng)村。目前起步區(qū)、啟動(dòng)區(qū)的供暖需求約4 000×104m2，根據(jù)中遠(yuǎn)期規(guī)劃，其供暖需求在1×108～2×108m2，市場(chǎng)需求潛力巨大。

4.1.2 周邊地區(qū)

周邊地區(qū)主要包括環(huán)雄安新區(qū)的保定、滄州、廊坊地區(qū)以及鄰近的衡水、石家莊等地區(qū)，均屬于京津冀大氣污染傳輸通道城市（“2＋26”城市），清潔能源供暖需求潛力巨大，初步統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表4所示。這里僅列出環(huán)雄安新區(qū)以及臨近的幾個(gè)古潛山地?zé)豳Y源較好的地區(qū)，實(shí)際的供暖需求（包括雄安周邊其他地區(qū)）保守估計(jì)在1×108～2×108m2。

表4 雄安周邊地區(qū)供暖潛力數(shù)據(jù)表

4.2 地?zé)岚l(fā)電

2019年，全球地?zé)崮苤苯永玫膰?guó)家有 88 個(gè)，年利用量為1 020 887 TJ，我國(guó)的年利用量為443 492 TJ，10年來(lái)一直位列全球第一。但是，10年來(lái)我國(guó)的地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)容量基本未發(fā)生變化，介于24.0～27.8 MW，在全球位列靠后。

我國(guó)地?zé)岚l(fā)電方興未艾，發(fā)展雖然受到多方面因素的影響，但前景依然廣闊。中國(guó)工程院院士多吉認(rèn)為，地?zé)崮茉谖磥?lái)清潔能源發(fā)展中將占據(jù)重要地位，而且有望成為能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的新方向。地?zé)嵯鄬?duì)其他能源而言起步較晚，但資源基礎(chǔ)雄厚，發(fā)展?jié)摿薮蟆Ｌ貏e是地?zé)岚l(fā)電，是地?zé)豳Y源利用的高級(jí)階段，應(yīng)給予充分重視并積極推進(jìn)。雄安新區(qū)及其周邊古潛山地?zé)豳Y源量大，品位高，地?zé)岚l(fā)電受季節(jié)、環(huán)境和氣候的影響小，作為清潔能源發(fā)電，具有很好的社會(huì)效益，按照目前的發(fā)電技術(shù)，溫度在120 ℃左右的地?zé)崴繃嵥砂l(fā)電約4 kW·h，經(jīng)濟(jì)效益可行。同時(shí)，隨著發(fā)電技術(shù)設(shè)備及配套技術(shù)的日益成熟和應(yīng)用，經(jīng)濟(jì)效益也會(huì)進(jìn)一步提高，因此，地?zé)岚l(fā)電潛力巨大，效益可期，前景廣闊。雄安新區(qū)及其周邊主要古潛山地?zé)岚l(fā)電和供暖能力如表5所示。

表5 雄安新區(qū)及其周邊主要古潛山地?zé)岚l(fā)電潛力預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)表

4.3 地?zé)岙a(chǎn)業(yè)化發(fā)展模式

地?zé)岙a(chǎn)業(yè)化發(fā)展模式取決于地下資源落實(shí)程度、開(kāi)發(fā)利用技術(shù)水平與市場(chǎng)需求潛力[19-21]。雄安新區(qū)及其周邊地?zé)豳Y源雖然豐富，但在平面上資源豐度差異大、縱向上資源品位參差不齊。對(duì)于中深層地?zé)豳Y源，石油企業(yè)與地礦部門掌握的地質(zhì)資料相對(duì)較多，資源落實(shí)程度高，開(kāi)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較小。在地?zé)豳Y源規(guī)模開(kāi)發(fā)利用技術(shù)方面，目前的供暖技術(shù)與政策支持足以形成經(jīng)濟(jì)規(guī)模。中低溫地?zé)岚l(fā)電技術(shù)成熟，噸水發(fā)電量介于2～5 kW·h，經(jīng)濟(jì)效益有待進(jìn)一步提高，但作為先發(fā)電再供暖梯級(jí)利用或冬季地?zé)峁┡?、其余季?jié)地?zé)岚l(fā)電差異利用，仍有一定效益。在市場(chǎng)需求方面，雄安新區(qū)及其周邊地面城市規(guī)劃市場(chǎng)對(duì)清潔能源需求強(qiáng)烈，地?zé)豳Y源規(guī)模開(kāi)發(fā)面臨前所未有重大機(jī)遇。因此，近期在培育地?zé)岙a(chǎn)業(yè)快速發(fā)展模式上應(yīng)遵循“供熱為主、發(fā)電為輔、油區(qū)優(yōu)先、綜合利用”的原則。其中，“油區(qū)優(yōu)先”不僅是油區(qū)資源落實(shí)程度高，更重要的是油田生產(chǎn)企業(yè)既是產(chǎn)能大企業(yè)，也是重要的能耗企業(yè)。據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，華北油田每年需消耗天然氣約8 000×104m3，用電約6×108kW·h，優(yōu)先在油區(qū)開(kāi)發(fā)利用地?zé)豳Y源，具有節(jié)能降耗、綠色循環(huán)以及可持續(xù)發(fā)展等優(yōu)勢(shì)條件。雄安新區(qū)可實(shí)行“供熱為主、發(fā)電為輔”的利用方式，周邊地區(qū)可實(shí)行“供熱為主、發(fā)電為輔、綜合利用”的利用方式。

雄安新區(qū)及其周邊地區(qū)的建設(shè)發(fā)展對(duì)清潔能源有巨大需求，將引領(lǐng)新一場(chǎng)生機(jī)勃勃的綠色、清潔能源革命，而豐富的古潛山地?zé)豳Y源將會(huì)成為該區(qū)綠色能源保障。

5 結(jié)論

1）雄安新區(qū)及周邊地下古潛山分布密集，古潛山熱儲(chǔ)物性好、溫度高，地?zé)崴Y源量豐富，主要古潛山的地?zé)崴Y源量達(dá)到526×108m3，可動(dòng)用的地?zé)崴Y源量為366.1×108m3，資源量巨大，為該地區(qū)地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用提供了基礎(chǔ)保障。

2）雄安新區(qū)及其周邊地區(qū)，相繼完成了集輸伴熱、民用供暖、地?zé)岚l(fā)電、地?zé)徂r(nóng)業(yè)等地?zé)峋C合開(kāi)發(fā)利用實(shí)踐；初步探索形成了古潛山熱儲(chǔ)裂縫識(shí)別、高效開(kāi)發(fā)方案優(yōu)化、古潛山叢式井群負(fù)壓鉆完井技術(shù)、全封閉全回灌取熱不取水技術(shù)、地?zé)岚l(fā)電、油氣熱協(xié)同開(kāi)發(fā)等優(yōu)勢(shì)技術(shù)，為該區(qū)地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用提供了技術(shù)支持。

3）國(guó)家和中石油相繼出臺(tái)的有利政策以及該地區(qū)對(duì)清潔能源的巨大需求，為該區(qū)地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)利用提供了政策引領(lǐng)。雄安新區(qū)及周邊地區(qū)將引領(lǐng)京津冀地區(qū)進(jìn)行一場(chǎng)新的能源革命，該地區(qū)古潛山地?zé)豳Y源無(wú)疑首先是重要的戰(zhàn)略目標(biāo)。

4）該地區(qū)地?zé)衢_(kāi)發(fā)利用潛力巨大，前景廣闊。近期古潛山地?zé)豳Y源快速規(guī)模開(kāi)發(fā)，應(yīng)遵循“供暖為主、發(fā)電為輔、油區(qū)優(yōu)先、綜合利用”的原則。