摘要:為合理開發我國西部豐富的地熱資源,吸取東部地區近30年來的經驗和教訓是必要的,但一定要結合當地的地質特點,要發揮當地地質人才的優勢,他們對當地的地質條件最有發言權。尋找合適的熱儲層是地熱開發的突破口,由于熱儲層多隱埋于地下深部,故深部地質條件的研究十分重要,可借用油氣普查工作中的物探資料和鉆井地質成果解決深部地質問題。地熱水與一般地下水不同,具有自己的特點,必須遵循這些特點,按熱儲工程的要求解決地熱工作中的問題。
 
  結合地熱開發工_作的特點和市場的需求,擴大已知地熱異常區,使地熱開發工作步入可持續發展的道路。
 
  關鍵詞:熱儲；程動態平衡以補定產；地熱開發
 
  “西部大開發”是我國目前重大國策之一,西部是指我國陜、甘、寧、青、新、藏、黔、滇、桂、川、內蒙古和重慶市十二個省、自治區和直轄市。西部地熱資源類型齊全,地熱資源潛力巨大,其中藏滇高溫地熱區處于世界上兩大高溫地熱帶之一的地中海一喜馬拉雅地熱帶中,羊八井地熱電站和騰沖地熱顯示眾所周知;西部各大沉積盆地和諸多褶皺隆起地域內,中、低溫地熱資源也非常豐富。
 
  本人從事的地熱工作以低溫為主并局限于北京地區,為對我國西部地熱開發進點微薄之力,現就個人在工作中的體會和教訓做一粗略介紹,此乃拋磚之舉,供同行們借鑒。
 
  一、當地技術人才是寶貴的財富。
 
  應用地質學是對地球表面可鉆及深度內的認識并對它進行開發利用的一門學科。地層、構造在某一具體地區是客觀存在的,尤其是隱埋在地下幾百乃至數千米之下的情況,我們經常借用地球物理勘探方法,通過各種物性界面來分析判斷它們的存在和形態并經鉆探工程驗證。從普查到詳查和勘探的不同階段是對客觀事物的認識、實踐、再認識、再實踐這樣一個“認識論”的過程,通過不斷的實踐,使我們的認識趨近于物質的客觀存在形態。凡是超越認識階段的行為就有失敗的風險。
 
  誰對某個具體問題占有較多的客觀資料,實踐的次數多,誰就有發言權,不是“遠來的和尚會念經”,而是實踐出真知,外地的經驗是要吸取的,但一定要與當地的具體情況相結合。各地區均有一批經驗非常豐富的地質工作者,他們對當地的情況非常熟悉。基礎地質工作是地熱地質工作的基石,地層、構造搞清楚后再引入“熱儲工程”的概念(熱儲工程在《地熱資源地質勘查規范》
 
  中已有明確的定義)。用地質、構造條件來解決地熱問題是不難的,難的是超越認識階段辦事。我曾遇到過用十萬分之一甚至五十萬分之一的地質圖定井位。
 
  工作精度不到,不出事才怪。
 
  二、尋找合適的熱儲層是開發地熱的突破口。
 
  除加強基礎地質、構造研究外,地熱工作有自己的特點。地熱形成的四大要素地熱工作者是熟知的,在熱源、熱通道、熱儲層和隔熱保溫的蓋層(俗稱源、通、儲、蓋)中,對尋找地熱來講,我認為研究當地的儲層及蓋層是首要的,其中對熱儲層的分布和埋藏深度的研究更為重要,有了它才能找到地熱水,熱源和通道不是不重要,這兩項要由勘探出來熱流體的分布特征來驗證。源、通、儲、蓋是地熱系統的必備要素,缺一不可。
 
  地熱是靠水作為載體把熱能攜帶到地面上為人們所利用,只有熱沒有水,熱能利用不上,有的井鉆鑿一兩千米,井底有70一80℃的地溫,但水量很少或根本無水,也不能利用。
 
  除天然出露的溫泉外,一般熱儲層埋藏深度較大,依靠上覆隔熱保溫蓋層的屏蔽使得熱量得以保存。由于熱儲層埋藏深度較大,給它的分布研究帶來了困難。在石油天然氣勘查過程中,應用了各種地球物理勘探方法,地熱工作者可以借用各種物探工作成果進行熱儲層和蓋層的研究。我們在北京地區利用了華北平原油氣普查工作中的重力、磁法及電測深資料(少量的人工地震資料)結合北京地區的地質情況對上述資料進行解釋,獲得了較為理想的結果。利用上述資料進行區域上的宏觀控制,再在擬鉆井處補做必要工作加密勘探。由于物探資料的多解性,地質人員利用時應特別注意,因為它提供的是物性界面而不是地質界線,兩者可能是一致的,大多數情況下是不一致的,必須用綜合手段進行解釋,在解釋過程中地質工程師和物探工程師必須密切合作,從已知推未知,以期達到物探資料解釋的合理性,解釋結果要經鉆探工程驗證,逐漸加深對地質體物性反應的認識。
 
  在石油天然氣普查勘探過程中,一些深井為我們研究地溫場和熱儲層的分布提供了豐富的第一手資料,中科院地質所以陳墨香研究員為首的一批老地熱工作者為研究我國地溫場的分布特征曾做過大量的工作并發表了專著。近十幾年來,石油地質工作者對地熱也顯示出極大的興趣。他們進行地熱研究具備優越的條件,是地熱地質隊伍中一支不可忽視的力量,因為他們占有較多的地球物理勘探資料和深井鉆井地質方面的素材,把避水找油變成油水并舉即可事半功倍。
 
  三、地熱水與地下水的差異。
 
  有人說地熱水屬于地下水的范疇。由于傳統的地下水力學研究的含水層埋藏深度不大,其水的溫度近于常溫,將所研究對象具體化了。由于地熱水埋藏深度較大,儲層承受一定的壓力,儲層的溫度也較高,故地熱所涉及的問題非一般水文地質學所能包容,水文地質學中的一些概念也隨之發生了變化。如水的粘度在20℃時為1.0個粘度單位(厘泊),而在55℃時為0.5,70℃時變為04,如此大的變化必須引起注意;由于溫度的影響,水的密度也發生了變化,達西公式在描述滲透性時說它取決于巖石的性質和參與滲流的液體的性質,故由于壓力和溫度影響而引起的變化是不可忽視的。在抽水試驗中常用S值表示水位下降的深度,由于熱水的溫度影響,就不能用通常水柱壓力的變化來描述熱儲層壓力的變化。曾有人提出如下問題,某地熱井長期停滯未用,在進行抽水試驗時,靜止水位深度為15m左右,開始抽水后,水溫逐漸增加,最后穩定在80℃,此時測得動水位深度為IOm左右,水位降深出現了負值。若不考慮溫度因素,此現象無法解釋。
 
  石油與天然氣的勘探與開發過程中,對地下流體的運動過程研究的非常深入,我們可以借用相關的研究成果,把研究的對象改為水和水蒸氣,把油藏工作中研究的油、氣、水三相流變成水和氣兩相流,研究和討論的問題簡單化了,一些相關的公式均可借用。
 
  四、地熱開發的特點與新趨勢。
 
  地熱水是熱、礦、水三位一體的礦產資源,當其出露地表即為溫泉,若水中的礦物成分達到一定濃度即稱為鹵水。
 
  正由于它具有溫度這一特征,決定了利用它的局限性。長距離的運輸或儲一138一存需要保溫。最理想的利用條件是溫泉出露在人口稠密的地區,直接引來就用,目前這樣的條件幾乎沒有,在人員稀少的地區有大量溫泉存在而沒有利用。2001年6月5日北京日報第三版報道“西藏羌北無人區有近百眼沸泉、間歇泉、熱氣泉等,其中最大的間歇泉隔幾秒鐘噴發一次,最高射程達十多米,泉水溫度高達86℃,每秒噴出水量達lt左右”。此景觀蔚為壯觀。在北京我們鉆井深度達3000m以上,也不過獲得80℃的熱水。
 
  在人口稠密的城鎮及人流過客較多的地區尋找地熱成為當今的熱門。在高溫地區把熱能轉換成電能再行運輸是高溫地熱發展的趨勢,中低溫地熱目前只能當地利用。
 
  一般找礦規律是地質工程師根據各種資料分析圈定成礦最有利地帶,再通過經濟政策分析選擇有利部位進行鉆探施工。而現在是由有經濟實力的業主劃定鉆井位置,此處不一定是地質勘探的有利部位,而處于最有利的部位沒有人投資,這給鉆探工程帶來較大的風險。
 
  改革開放以后隨著人民生活水平的提高、環境保護意識的增強,特別是房地產業的崛起和新型建筑材料的應用,對地熱開發提出了新的課題和基本觀點的改變。如原來認為鉆井深度小于1000m獲得40℃以上的地熱水算作經濟型地熱資源,現在在某些地區井深大于ZOO0m,可以獲得大于40℃的地熱水也有人愿意投資,這對施工方有較大的吸引力,問題的交點不在于鉆井深度,而投資方更關心出多少溫度、多少水量的熱水。這無形中擴大了地熱勘探工作的范圍,原來認為不是地熱異常的地區加大鉆探深度也可以獲得一定溫度的熱水,而這些情況強烈地吸引著投資者和施工隊伍。
 
  五、地熱開發的可持續性。
 
  關于地熱資源的可再生性進行了長時間的討論,其再生性很緩慢的觀點占據上風。
 
  一個地區地熱的形成有一定的規律,開發地熱要了解這一規律并遵循它。
 
  任何一個地熱系統均處在動平衡狀態中,投入開發后就打破了舊的平衡,一種新的平衡過程將要出現,地球內部的熱量不停地向外散發,形成大地熱流,由于地質構造的差異,各地的熱流值不同,具有一定地熱顯示的地域必然是有利于形成地熱的地域,如果具備儲水條件即形成地熱水,水與熱均處于動平衡狀態中,當開采量(包括水量與熱量)與補給量相當時,地熱系統趨向于平衡狀態,這就是以補給量確定可開采的原則,簡稱“以補定產”。質量平衡(亦稱物質平衡)法進行儲量評價也是基于此原理,每一個地熱系統都遵循這一原則,關鍵是對每個地熱系統中有關計算參數值是不一樣的,對哪個具體地熱系統進行評價,就要求得到哪個系統的相應參數值,這些參數要通過鉆井地質和流體試驗得到,不能借用其它地方的參數值,有人評價甲熱儲,而借用乙熱儲的參數,尤如給甲看病而對乙進行診脈一樣,是絕對不允許的,雖然有進行資源評價的類比法,但其計算精度是有區別的。
 
  儲量計算的結果要經受熱田開發過程監測資料的驗證,通過實際監測值修正相關參數,以期得到誤差較小的擬合值,尤其是對近期預報的擬合,這也是一個“認識論”的過程,計算結果是對熱儲的認識,監測資料是實踐的結果,通過再計算,再擬合的多次反復以獲得對地下熱儲客觀存在的認識。
 
  不同壓力降條件下每個儲層有不同的產量,開采量的確定不是哪個權威部門確定的,而是通過產量與壓力降關系式確定的,不同的產量決定了不同的壓力降,反之亦然。不同壓力降條件下有不同的補給量,補給區域擴大,大地熱流值也增加,只有開采與補給相平衡才能實現可持續發展,“入不敷出”遲早要“傾家蕩產”。
 
  要了解某一地熱系統的規律,從熱田開發初期就要積累與之相關的信息,為早日認識熱儲層準備資料,它們是熱儲工程研究的必要素材。目前從事地熱工作的單位,忽視這方面素材的獲取,甚至自覺或不自覺地提供一些不真實的數據,給熱儲工程研究帶來不可彌補的損失,有人振振有詞地說,周圍有很多井了,我不取資料怕什么,孰不知儲層分布的各向異性就是通過每一個鉆孔資料得到驗證。
 
  六、地熱開發三原則。
 
  從多年實踐經驗得知,地熱開發必須遵循以下三原則:技術可行;?政策法規允許;?有投資來源。三者缺一不可,其中技術可行是主要的,尤其是市場經濟條件下,法制管理是可持續發展的保障。