地热资源开发与保护的方法

  （一） 资源开发条件

 

  地热资源的开发受到热储层埋藏深度、地热水温度、水量、水质等的限制，可开发利用的地热资源被限制在一定的地热异常区内，根据中国近年来地热资源开发的实际情况及国外的经验，地热资源开发应符合下述条件：

 

  1.热储层埋藏深度

 

  根据中国目前开采技术经济条件的可能性，并考虑远景发展的需要，将地热储量分为两类：

 

  能利用储量：指热储埋深小于2 000m，便于开采，经济效益好，在开采期间不会发生严重的环境地质问题，符合资源合理开发利用的储量。

 

  暂难利用储量：指热储埋深大于2 000m，开采技术条件较困难，难以获得经济效益，暂不宜开采利用，而将来有可能开采的储量。

 

  按上述规定，目前对于地热资源的开发，主要限于热储层埋深在2 000m以浅的深度内，但随着技术经济的发展，在一些大型沉积盆地区的地热资源开发深度已达到2 500m以上，如天津滨海及西安地区。

 

  2.地热水温度

 

  我国以中、低温地热田为主，开发地热资源主要用于供暖和医疗洗浴，作为医疗洗浴用水，一般不应低于35℃；作为供暖用水，则不得低于60℃，低于此温度，开发将是不经济的。对传导型地热田来讲，地热水温度取决于热储盖层的地温梯度及热储层的埋藏深度，因而规定了地热异常区或可供开发利用热异常范围应符合下述条件：     1）热储盖层的平均地温梯度不小于3℃/100m，2）1 000m深度以浅获得的地热水温度不低于40℃。

 

  3.地热水水量

 

  取决于热储层的渗透率和成井的单井出水量。规定热储层的渗透率不少于0.05μm2，单井出水量不少于300m3/d。

 

  4.地热水水质

 

  对地热水水质要求因用途不同而异，目前大量用于供暖、医疗、洗浴的地热水，主要是矿化度小于3.0 g/L的低矿化水，少数医疗洗浴用水采用3.0～5.0g/L，高于5.0 g/L以上的地热水，因其废水排放有环境污染问题，而很少开发利用或只是少量的间接利用。

 

  （二） 资源开发与保护

 

  开发地热资源与开发其他固体矿产资源不同，它是通过钻探地热井采取热储层中的地热水来实现的，但它又与常温地下水有常年性的补给来源不同，在一定意义上是不可再生的自然资源之一，资源的开发与保护应并重。依据地热资源的特点和我国多数地热田开发利用的实践，为合理开发有效利用地热资源，一般的作法是：

 

  1) 开采深度取决于热储层的埋藏深度及当前的开采技术经济水平。构造隆起区受断裂构造控制的对流型地热田，深部的地热水沿断裂循环，在适宜的构造部位排出地表，通过勘查，可在浅部找到来自深部温度较高的地热水，地热水的开发深度一般都比较浅，如近年来在海南等沿海地区勘查开发的地热田，开采利用50～80℃的地热水，开采深度一般都在300m以内。处于沉积盆地主要靠地热增温的传导型地热田，只有达到相当深度的热储层才有实际开采意义，因而地热水的开采深度均比较深，如华北盆地区的大多数地热田，欲开采40℃以上的地热水，热水井深度一般须达到1 000m以上。就当前我国地热水开发的经济技术水平而论，开采深度超过2 500m的地热水已不经济了。

 

  2) 大多数地热田实行边探边采或滚动式勘查开发。由于地热资源的开发是通过勘探打井直接取地热水实现的，不论是地热勘探孔还是地热水源井一经打成，就可用于地热水的开发，因此地热资源开发并不需要等到勘探工作结束后。中国不少地热田的勘探经验也证明了这一点，即地热勘探孔，结合地热开发的实际需要进行，勘探结束后，转入开发利用；一些地热水开采井，结合地质勘探进行，又为全地热田的勘查提供信息。两者相结合，既解决了地热勘查工作投资大，经费不足的问题，又解决了开发单位急需利用地热资源的矛盾，收到了事半功倍的效果。

 

  3) 地热田开发一开始，就需加强动态监测。地热资源是在特定地质条件和一定的地质历史时期里形成的，其补给来源受到特定地质构造条件的限制，补给量有限，有的基本没有补给，在一定意义上讲是不可再生的资源，开发一点，就消耗一点，开发得多，消耗得多，这一变化都将在地热水的动态变化中显现出来。中国绝大多数地热田，随着开采量的增加，地热水水位逐年下降就是很好的例证。系统地取全取准地热开采动态观测资料，尤其是开采量与相关的水温、水位、水质动态监测资料，是重新评价地热田的可采资源，对地热田实行科学管理的重要手段和依据。动态观测在地热田勘查开发一开始就应引起足够的重视。

 

  4) 地热回灌是提高地热资源利用率的必要手段。中国一些地热田在短短几年、十几年的开采中，就形成了数十米的水位下降，为减少水位下降不得不严格控制其开采量。如北京东南城区地热田，每开采150万m3的地热水，水位平均就下降１m，因而不得不将其年开采量控制在400万m3左右。天津塘沽、西安等地热田，每年也以2～3m的速度下降。可是，按其采出的水量进行热量换算，按目前的开采水平进行限量开采，100年内采出的热量仅仅是热储层中储存热量的1％～2％，储存水量的2％～5％，显然，地热资源没有得到有效的开发，其原因在于热水资源补给不足，已开发的地热水资源是靠降低水位，消耗已有的储存量来实现的，增大开采量，必然加大地热水水位的降低。为提高地热资源的利用率，可通过对热储层进行人工回灌来实现，法国巴黎盆地地热资源开发有这方面的经验，中国天津滨海地区也开始了这方面的试验研究。      5) 地热开发必须同时重视环境保护：地热水开发相应地可引起两个环境地质问题：一是随着开采量的增大，在开采影响区内，引起地下水位下降，进而造成地面沉降，尤其是浅部热储层为软弱松散层的地区，因开发地热水，局部地段已引起了数十厘米的地面沉降，造成了一些危害；二是高矿化度或含有害成分超标的地热废水排放，对当地浅层水形成的污染。这是开发地热水应引起重视的。

 

  （三） 不同类型地热田的资源开发

 

  地热田类型不同，地热资源的开发也有差别。受断裂构造控制，热储呈带状的对流型地热田，地热水主要富集在导水断裂构造及其影响带附近，近靠断裂带的地热井出水量一般都比较大，且井与井之间的干扰影响也比较大，对对流型小型地热田来讲，整个地热田地热水的可开采量，往往与断裂富水带上的几个热水井干扰出水量之和相近；远离断裂带的地热井出水量则比较小，以致缺乏实际开采意义。因此这类地热田资源的开发，可以集中在导水的断裂带附近，并以集中开发最为经济合理。

 

  大型沉积盆地热储呈层状的传导性地热田，热储层分布面广，导水性比较均匀，但渗透性比较差。在热储层分布范围内，热水井出水量差别较小，可实行均衡开采，一般不适宜于群井集中开采。集中开采，井间水位下降及出水量干扰系数大，取水不经济。

 

  （四）不同温度地热田的资源开发

 

  地热水的温度不同，利用的范围和方式也不同，高温地热田中的地热水，因温度远远超过水的临界汽化温度，进入地表由于压力降低，部分热水被汽化，以具有一定的水热蒸汽形式出现，温度愈高，相应的水热蒸汽量越大，压力也越大。以中国羊八井高温地热田为例，热水温度120℃的321井，孔口压力0.2MPa，汽水混合总量72t/h，其中蒸汽量9.8t/h；热水温度为247℃的ZK4001深井，孔口压力达到1.45MPa，汽水混合总量达302t/h，其中蒸汽量达37.1t/h（表3）。对于这类地热田的开发，主要以利用高温水热蒸汽为主，因地热水具有高温高压的特性，勘探开发必须有专门的设备，开采井口必须有严密的水热蒸汽自喷流量的控制设施。

 

  表3西藏羊八井地热田地热水温度、孔口压力、汽水量比较表90℃以下的低温地热水，在正常压力下不会被汽化，地热水开发与常温地下水的方式类似，尤其是开发40℃以下的低温地热水。但对于开采承压水位高出地面、温度在40℃以上的低温热水，因其温度超过人体温度，井口仍需有专门的自喷流量控制设施。