基于地质构造特征的地热资源评价及开发部署

doi:10.13809/j.cnki.cn32-1825/te.2024.06.002

油气藏评价与开发 ›› 2024, Vol. 14 ›› Issue (6): 834-841.doi: 10.13809/j.cnki.cn32-1825/te.2024.06.002

基于地质构造特征的地热资源评价及开发部署

柏宗宪¹(), 王宇飞¹, 郝杰², 马明珍³, 柏宗翰⁴, 王亮亮⁵(), 祝志敏¹, 黄政¹, 马英亮¹

1.中国石油冀东油田公司新能源事业部（供电公司），河北唐山 063000
2.中国石油冀东油田公司勘探开发研究院，河北唐山 063000
3.中国石油青海油田公司采油二厂，甘肃敦煌 736202
4.中国石油冀东油田公司南堡作业区，河北唐山 063000
5.中国石油大学（华东）石油工程学院，山东青岛 266580

收稿日期:2024-04-26 发布日期:2024-12-10 出版日期:2024-12-26
通讯作者: 王亮亮 E-mail:baizongxian77@163.com;llwang2017@163.com
作者简介:柏宗宪（1995—），男，硕士，工程师，主要从事油气及地热开发等研究。地址：河北省唐山市路北区新华西道101号，邮政编码：063000。E-mail：baizongxian77@163.com
基金资助:
中国石油科学研究与技术开发项目课题“地热资源开发利用关键技术研究”(2021DJ5502(GF))

Geothermal resource evaluation and development deployment based on geological structural characteristics

BAI Zongxian¹(), WANG Yufei¹, HAO Jie², MA Mingzhen³, BAI Zonghan⁴, WANG Liangliang⁵(), ZHU Zhimin¹, HUANG Zheng¹, MA Yingliang¹

1. New Energy Division (Power Supply Company), PetroChina Jidong Oilfield Company, Tangshan, Hebei 063000, China
2. Exploration and Development Research Institute, PetroChina Jidong Oilfield Company，Tangshan，hebei 063000, China
3. No. 2 Oil Production Plant, PetroChina Qinghai Oilfield Company, Dunhuang, Gansu 736202, China
4. Operation Area of Nanpu Oilfield, PetroChina Jidong Oilfield Company, Tangshan, Hebei 063000, China
5. Department of Petroleum Engineering, China University of Petroleum（East China）, Qingdao, Shandong 266580, China

Received:2024-04-26 Online:2024-12-10 Published:2024-12-26
Contact: WANG Liangliang E-mail:baizongxian77@163.com;llwang2017@163.com

摘要/Abstract

摘要：

世界能源结构正在经历由以化石能源为主、清洁能源为辅向以清洁能源为主、化石能源为辅的根本性转变，清洁、可再生的地热资源逐渐成为未来可持续发展的关键能源之一。以河北省西南部的藁城区为主要研究区域，基于该区独特的地质构造特征和丰富的地热资源储量特征，建立了地热资源精细化评价体系，在此基础上，部署了地热资源高效开发的井位和井间距。结果表明：开发区具有优良的热源条件，热储层和盖层优势突出，地层流体的水质结垢和腐蚀风险较低，地热资源品质高。部署采灌井40口，按照1∶1的比例分配（采水井20口，回灌井20口），设计采灌井距380 m（开发年限30 a）时可以满足长期换热和供暖的需求。基于地质构造特征的地热资源评价及开发部署研究，可为现场地热资源的持续与高效开采提供参考。

关键词: 地热资源, 评价体系, 热突破边界, 井距优化, 井位部署

Abstract:

The global energy structure is undergoing a fundamental shift from a reliance on fossil fuels with clean energy as a supplement, to a focus on clean energy supported by fossil fuels. Clean, renewable geothermal resources are gradually becoming a key energy source for sustainable development. This study focused on Gaocheng District in southwestern Hebei Province, leveraging its unique geological structural characteristics and abundant geothermal reserves. A refined geothermal resource assessment system was established, forming the basis for optimal well placement and spacing for efficient geothermal resource development. Results indicated that the development area had excellent heat source conditions, a highly favorable reservoir-caprock system, and low scaling and corrosion risks from formation fluids, indicating high-quality geothermal resources. Forty extraction and reinjection wells were deployed with a 1:1 ratio（20 extraction wells and 20 reinjection wells）. With a well spacing of 380 m and a projected operational lifespan of 30 years, the setup was expected to support sustainable heat exchange and heating needs. Based on geological structural characteristics, this study provides a valuable reference for the sustained and efficient exploitation of geothermal resources.

Key words: geothermal resources, evaluation system, thermal breakthrough boundary, well spacing optimization, well location deployment

中图分类号:

TE09

柏宗宪,王宇飞,郝杰等. 基于地质构造特征的地热资源评价及开发部署[J]. 油气藏评价与开发, 2024, 14(6): 834-841.

BAI Zongxian,WANG Yufei,HAO Jie, et al. Geothermal resource evaluation and development deployment based on geological structural characteristics[J]. Petroleum Reservoir Evaluation and Development, 2024, 14(6): 834-841.

图/表 20

图1

图2

表1

表2

表3

表4

表5

表6

表7

表8

表9

表10

表11

表12

图3

表13

表14

表15

图4

表16

参考文献 27

[1]	王社教, 施亦做, 方朝合, 等. 中国油田地热开发利用现状与发展方向[J]. 岩性油气藏, 2024, 36(2): 23-32.
	WANG Shejiao, SHI Yizuo, FANG Chaohe, et al. Status and development trends of geothermal development and utilization in oilfields of China[J]. Lithologic Reservoirs, 2024, 36(2): 23-32.
[2]	黄艳艳, 那金, 雷宏武. 开封地区砂岩孔隙热储回灌化学堵塞数值模拟研究[J]. 太阳能学报, 2024, 45(2): 225-235. doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1579
	HUANG Yanyan, NA Jin, LEI Hongwu. Numerical simulation study of chemical clogging of sandstone pore thermal reservoirs reservoir backfill in Kaifeng area[J]. Acta Energiae Solaris Sinica, 2024, 45(2): 225-235. doi: 10.19912/j.0254-0096.tynxb.2022-1579
[3]	胡俊文, 闫家泓, 王社教. 我国地热能的开发利用现状、问题与建议[J]. 环境保护, 2018, 46(8): 45-48.
	HU Junwen, YAN Jiahong, WANG Shejiao. The development and utilization of geothermal energy in China[J]. Environmental Protection, 2018, 46(8): 45-48.
[4]	章惠, 汪新伟, 周总瑛, 等. 渤海湾盆地内黄隆起东斜坡奥陶系岩溶热储地热资源评价[J]. 现代地质, 2024, 38(2): 398-408.
	ZHANG Hui, WANG Xinwei, ZHOU Zongying, et al. Geothermal Resource Evaluation of the Ordovician Karst Reservoir in the East Slope of Neihuang Uplift, Bohai Bay Basin[J]. Geoscience, 2024, 38(2): 398-408.
[5]	胡君春, 郭纯青. 石家庄地热地质条件及开发远景[J]. 地下水, 2007, 29(2): 110-114.
	HU Junchun, GUO Chunqing. Geothermal geological conditions and development prospect in Shijiazhuang[J]. Ground Water, 2007, 29(2): 110-114.
[6]	NORIO T, TSUTOMU Y, GEORGE Z. The Hijiori hot dry rock test site, Japan: evaluation and optimization of heat extraction from a two-layered reservoir[J]. Geothermics, 2008, 37(1): 19-52.
[7]	YOSHINAO H, KOICHI K, HIDESHI K, et al. Present status of the Ogachi HDR Project, Japan, and future plans[J]. Geothermics, 1999, 28(4-5): 637-645.
[8]	张育平, 杨潇, 刘俊, 等. 地源热泵系统能效提升途径[J]. 油气藏评价与开发, 2023, 13(6): 726-740.
	ZHANG Yuping, YANG Xiao, LIU Jun, et al. Overview of solutions to improve efficiency of ground source heat pump system[J]. Petroleum Reservoir Evaluation and Development, 2023, 13(6): 726-740.
[9]	PARKER Roger. The Rosemanowes HDR project 1983—1991[J]. Geothermics, 1999, 28(4): 603-615.
[10]	何东博, 任路, 郝杰, 等. 基于层次分析法的地热资源评价体系研究: 以河北省曹妃甸地区中深层水热型砂岩储层为例[J]. 油气藏评价与开发, 2023, 13(6): 713-725.
	HE Dongbo, REN Lu, HAO Jie, et al. Quantitative evaluation system of geothermal resources based on analytic hierarchy process: A case study of middle-deep hydrothermal sandstone reservoir in Caofeidian of Hebei Province[J]. Petroleum Reservoir Evaluation and Development, 2023, 13(6): 713-725.
[11]	阮传侠, 冯树友, 沈健, 等. 天津滨海新区地热资源循环利用研究: 馆陶组热储回灌技术研究与示范[J]. 地质力学学报, 2017, 23(3): 498-506.
	RUAN Chuanxia, FENG Shuyou, SHEN Jian, et al. A study on the recycling utilization of geothermal resources in Binhai new area, Tianjin: Study and demonstration of thermal storage and reinjection technology of Guantao reservoir[J]. Journal of Geomechanics, 2017, 23(3): 498-506.
[12]	李凤昱, 许天福, 封官宏, 等. T2Well单井地下水源热泵水-热耦合数值模拟研究[J]. 太阳能学报, 2020, 41(4): 278-286.
	LI Fengyu, XU Tianfu, FENG Guanhong, et al. Simulation for water-heat coupling process of single well ground source heat pump systems implemented by T2Well[J]. Acta Energiae Solaris Sinica, 2020, 41(4): 278-286.
[13]	曹倩, 方朝合, 李云, 等. 国内外地热回灌发展现状及启示[J]. 石油钻采工艺, 2021, 43(2): 203-211.
	CAO Qian, FANG Chaohe, LI Yun, et al. Development status of geothermal reinjection at home and abroad and its enlightenment[J]. Oil Drilling & Production Technology, 2021, 43(2): 203-211.
[14]	许天福, 陈敬宜, 冯波, 等. 地热资源开发过程中潜在地下水环境问题[J]. 吉林大学学报(地球科学版), 2023, 53(4): 1149-1162.
	XU Tianfu, CHEN Jingyi, FENG Bo, et al. Possible problems of ground water in the exploitation of geothermal energy[J]. Journal of Jilin University(Earth Science Edition), 2023, 53(4): 1149-1162.
[15]	闫佰忠, 孙剑, 陈佳琦, 等. 基于自适应BPNN-GIS耦合的地下水源热泵适宜性分区研究[J]. 现代地质, 2023, 37(4): 963-971.
	YAN Baizhong, SUN Jian, CHEN Jiaqi, et al. Suitability Zoning for Groundwater Source Heat Pump Based on Adaptive BPNN-GIS Method[J]. Geoscience, 2023, 37(4): 963-971.
[16]	KAMILA Z, KAYA E, ZARROUK S J. Reinjection in geothermal fields: An updated worldwide review 2020[J]. Geothermics, 2021, 89: 101970.
[17]	FRANCO A, VACCARO M. Numerical simulation of geothermal reservoirs for the sustainable design of energy plants: A review[J]. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2014, 30: 987-1002.
[18]	刘志涛, 刘帅, 宋伟华, 等. 鲁北地区砂岩热储地热尾水回灌地温场变化特征分析[J]. 地质学报, 2019, 93(增刊1): 149-157.
	LIU Zhitao, LIU Shuai, SONG Weihua, et al. Change characteristics of geothermal field for geothermal return water reinjection of sandstone reservoir in the northern Shandong[J]. Acta Geologica Sinica, 2019, 93(Suppl. 1): 149-157.
[19]	樊涛. 回灌冷却作用下高温砂岩孔渗特征与损伤机理研究[D]. 武汉: 中国地质大学, 2023.
	FAN Tao. Study on porosity-permeability characteristics and damage mechanism of high temperature sandstone under reinjection cooling effect[D]. Wuhan: China University of Geosciences, 2023.
[20]	孟宇平. 石家庄藁城区地热流体质量评价[J]. 中国煤炭地质, 2020, 31(增刊1): 119-121.
	MENG Yuping. Assessment of geothermal fluid quality in Gaocheng district, Shijiazhuang[J]. Coal Geology of China, 2020, 31(Suppl. 1): 119-121.
[21]	张尔匡. 河北省地热地质条件的基本特征与地热资源开发利用问题[J]. 化工矿产地质, 2000, 22(1): 23-25.
	ZHANG Erkuang. Essential characteristics of geological conditions for geothermal resource in Hebei and its development and utilization[J]. Geology of Chemical Minerals, 2000, 22(1): 23-25.
[22]	郭鸿, 夏岩, 陈雷, 等. 废弃油气井改造的地热井换热性能影响因素模拟研究[J]. 油气藏评价与开发, 2022, 12(6): 850-858.
	GUO Hong, XIA Yan, CHEN Lei, et al. Numerical simulation on influence factors of heat transfer performance of geothermal wells which transformed from abandoned oil and gas wells[J]. Petroleum Reservoir Evaluation and Development, 2022, 12(6): 850-858.
[23]	孙明行, 王瑞湖, 梁礼革, 等. 广西地热资源特征与潜力评价[J]. 中国地质, 2023, 50(5): 1387-1398.
	SUN Minghang, WANG Ruihu, LIANG Lige, et al. Characteristics and potential evaluation of geothermal resources in Guangxi[J]. Geology in China, 2023, 50(5): 1387-1398.
[24]	丛淑飞, 周宏, 赵艳, 等. 大民屯凹陷沈水501中深层地热田三维地质建模技术研究[J]. 油气藏评价与开发, 2023, 13(6): 741-748.
	CONG Shufei, ZHOU Hong, ZHAO Yan, et al. 3D geological modeling technology of medium-deep geothermal field in Shenshui 501 geothermal field in Damintun Sag[J]. Petroleum Reservoir Evaluation and Development, 2023, 13(6): 741-748.
[25]	PALACIOS A, KOON-KOON R, MIRANDA-FLORES G, et al. A Monte Carlo-based approach for the evaluation of Mexico's geothermal potential[J]. Renewable Energy, 2024, 223: 120006.
[26]	FLORIDIA Giovanni, CACACE Mauro, SCHECK-WENDEROTH Magdalena, et al. 3D thermal model of Sicily(Southern Italy) and perspectives for new exploration campaigns for geothermal resources[J]. Global and Planetary Change, 2022, 218: 103976.
[27]	王贵玲, 蔺文静, 刘峰, 等. 地热系统深部热能聚敛理论及勘查实践[J]. 地质学报, 2023, 97(3): 639-660.
	WANG Guiling, LIN Wenjing, LIU Feng, et al. Theory and survey practice of deep heat accumulation in geothermal system and exploration practice[J]. Acta Geologica Sinica, 2023, 97(3): 639-660.

准则层1	准则层1对应权重/ %	准则层2	准则层2对应权重/ %	指标层	指标层对应权重/ %
地热地质条件	76	热源	17	地质背景类型	7
				基岩埋深	5
				热源类型	5
		热传输通道	12	断裂级别	7
		热传输通道	12	热传输方式	5
		盖层	12	盖层岩性	5
		盖层	12	盖层厚度	7
		热储	35	孔隙度	7
				渗透率	7
				单井地热流体产量	7
				有效厚度比	7
				热储中部温度	7
地热资源量	14			地热资源量	7
地热资源量	14			地热资源丰度	7
地热流体质量	10			腐蚀性	5
地热流体质量	10			结垢性	5

A类		B类		C类		D类
分级系数	指标品质	分级系数	指标品质	分级系数	指标品质	分级系数	指标品质
1.0	最好	1.0	最好	1.0	最好	1.0	最好
0.9	次好	—	—	—	—	—	—
0.8	较好	0.8	较好	—	—	—	—
0.7	普通	—	—	0.7	普通	—	—
0.6	较差	0.6	较差	—	—	—	—
0.5	很差	—	—	—	—	—	—
0.4	最差	0.4	最差	0.4	最差	0.5	最差

分级系数	地质背景类型	基岩埋深/m
1.0	挤压背景下的板块交界处	≤2 000
0.8	伸展背景盆内凸起	>2 000~3 000
0.6	伸展背景盆内凹陷	>3 000~4 000
0.4	挤压背景板块内部隆起	>4 000

分级系数	热源类型
1.0	上地幔热源+元素衰变生热+岩浆侵入体
0.5	上地幔热源+元素衰变生热

分级系数	孔隙度/%		渗透率/10^-3 μm²		单井地热流体产量/（m³/d）
分级系数	砂岩	碳酸盐岩	砂岩	碳酸盐岩	单井地热流体产量/（m³/d）
1.0	≥25	≥7	≥500	≥100	≥2 400
0.7	15~<25	2~<7	100~<500	10~<100	1 200~<2 400
0.4	<15	<2	<100	<10	<1 200

基于地质构造特征的地热资源评价及开发部署

Geothermal resource evaluation and development deployment based on geological structural characteristics

RichHTML

PDF (PC)

赞

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 20

参考文献 27

相关文章 7

Metrics

本文评价

推荐阅读 0

分级系数	热储中部温度/℃	有效厚度比/%
1.0	≥150	≥70
0.9	90~<150	60~<70
0.8	60~<90	50~<60
0.7	40~<60	40~<50
0.6	25~<40	30~<40
0.5	—	20~<30
0.4	—	<20

分级系数	盖层岩性
1.0	松散堆积/砂泥岩
0.7	松散堆积/碳酸盐岩
0.4	松散堆积/页岩、板岩

分级系数	盖层厚度/m
1.0	800<h_c≤1 500
0.8	600<h_c-≤800或1 500<h_c+≤2 000
0.6	400<h_c-≤600或2 000<h_c+≤3 500
0.4	h_c-<400或h_c+>3 500

分级系数	地热腐蚀系数
1.0	K_k<0，并且K_k+0.050 3ω（Ca²⁺）<0（非腐蚀性水）
0.7	K_k<0，并且K_k+0.050 3ω（Ca²⁺）>0（非腐蚀性水）
0.4	K_k>0（腐蚀性水）

分级系数	锅垢总量/（g/m³）	结垢情况
1.0	<125	锅垢很少
0.8	125~<250	锅垢少
0.6	250~<500	锅垢多
0.4	≥500	锅垢很多

分级系数	拉伸指数（Cl^-含量大于或等于0.25 mol/L）	结垢情况	腐蚀性
1.0	<0.5	可能结垢	没有腐蚀性
0.7	0.5~<3.0	不结垢	有轻微腐蚀性
0.4	3.0~<10.0	不结垢	强腐蚀性

分级系数	雷兹诺指数（Cl^-含量小于0.25 mol/L）	结垢情况
1.0	≥7.0	不结垢
0.8	6.0~<7.0	结垢轻微
0.6	5.0~<6.0	结垢中等
0.5	4.0~<5.0	结垢严重
0.4	<4.0	结垢非常严重

分级系数	地热资源量
	高温地热田		中—低温地热田
	电能/MW	保证开采年限/a	电能/MW	保证开采年限/a
1.0	≥50	30	≥50	100
0.7	10~<50	30	10~<50	100
0.4	<10	30	<10	100

地热资源分类	评分	地热资源丰度指标分级	资源条件
Ⅰ类	≥0.85	Ⅰ-1类	非常富集
Ⅰ类	0.80~<0.85	Ⅰ-2类	非常富集
Ⅱ类	0.75~<0.80	Ⅱ-1类	富集
	0.70~<0.75	Ⅱ-2类	富集
	0.65~<0.70	Ⅱ-3类	较富集
Ⅲ类	0.60~<0.65	Ⅲ-1类	不富集
Ⅲ类	<0.60	Ⅲ-2类	不富集

平台	预计热负荷/ （kJ/h）	采水井数/口	回灌井数/口	采灌井数比	井数合计
1号平台	30.32	13	13	1∶1	26
2号平台	30.32	7	7	1∶1	14
合计	60.64	20	20	1∶1	40

[1]	孙冠宇, 柏宗宪, 李洪达, 王宇飞, 柏宗翰, 高慧杰, 祝志敏, 黄政, 马英亮, 王亮亮. 地热资源开发潜力及应用前景评价——以开封祥符区为例 [J]. 油气藏评价与开发, 2024, 14(6): 842-848.
[2]	盖长城,赵忠新,任路,颜艺灿,侯本峰. 中深层水热型地热资源集群式开发井位部署参数研究与应用——以HTC地热田为例 [J]. 油气藏评价与开发, 2024, 14(4): 638-646.
[3]	郭路,夏岩,段晨阳,高文冰,陈凯,侯亚云,郭鸿. 长庆油田区中深层地热资源储量评价 [J]. 油气藏评价与开发, 2023, 13(6): 749-756.
[4]	何东博, 任路, 郝杰, 刘小平, 曹倩. 基于层次分析法的地热资源评价体系研究——以河北省曹妃甸地区中深层水热型砂岩储层为例 [J]. 油气藏评价与开发, 2023, 13(6): 713-725.
[5]	薛宇泽,张玉贵,韩元红,张廷会,薛超,肖踞辉,彭振洲,郭斌. 关中盆地韩城大断裂东南地区浅部地温垂向分布特征浅析 [J]. 油气藏评价与开发, 2022, 12(6): 843-849.
[6]	张召峰. 肯尼亚高温地热钻井技术在中国干热岩资源开发中的应用前景 [J]. 油气藏评价与开发, 2022, 12(6): 833-842.
[7]	赵勇,李南颖,杨建,程诗胜. 深层页岩气地质工程一体化井距优化——以威荣页岩气田为例 [J]. 油气藏评价与开发, 2021, 11(3): 340-347.