中原油田兰考六社区利用地热供暖的分析与研究

□刘 婷 □王志娟

(1开封市水利工程总队；2开封市城区水利局）

0 引言

中原石油勘探局第六社区位于河南省兰考县，南临兰考县城，西北为黄河东坝，G220国道将基地分为东西两院，东面为建设路及焦裕禄干部管理学院，西面和北面为兰考的两个村庄。总建筑面积约为28.80 hm2，其中22 hm2为民用住宅，其余6.80 hm2为公共建筑。

中原石油勘探局第六社区目前采用燃煤锅炉供暖，锅炉房于1987年建成投产使用，并于2001年扩建。现有4.20 MW燃煤热水锅炉4台。根据历史运行记录，在最寒冷的时期，开启3台4.20 MW燃煤锅炉即可满足供热负荷,年供暖成本804.40万元/a。

供热系统末端为散热器采暖系统，供回水温度为65℃/53℃，冬季室内设计温度18℃。随着燃煤锅炉的取缔，需寻找清洁能源进行代替。

1 分析研究目的

取暖用煤大多是价格低廉的劣质煤，二氧化硫及其他有害物质含量超标几倍几十倍，对人们健康和城乡环境产生了严重影响。为解决中原油田兰考六社区冬季供暖问题，提高社区居民生活水平，采用地热与水源热泵技术，实现供暖系统绿色低碳环保。同时，利用清洁的能源提高行业之间的发展、缓解城乡能源环境问题，具有十分重要的意义。

2 研究区域地热资源分析

经现场查看建设项目地下水取水工程拟选定的位置，了解中原油田兰考六社区地热供暖工程所处的地形和取水水源井位置及退水口位置的工程规划设计情况，分析建设项目供水工程取水水源选择的可靠性。

为取得准确的地热数据，在第六社区范围内进行了探采井的开凿工作，于2013年12月完工并得到了试验数据。故以此作为供热设计的依据：

第六社区范围内无有效取水井，能满足取水要求。设计地热井-井深为2000 m；单井取水能力为120 m3/h，日取水量达到240 m3/d。地热井水温：70℃；地热水质情况（详见地热水水质报告），回灌情况采用加压回灌。

2.1 地热资源

水源热泵可以利用目前开发较少、贮量较丰富的地下水，用于集中供暖，并将置换能量后的地下水全部回灌到同一含水层。通过采取可靠的回灌措施，不会对地下水资源造成浪费及污染。它是一种高效、节约、环保的供热制冷新技术，属于环保节能项目。完善相应的技术措施和管理手段，发展水源热泵技术，在当前建设资源节约型、环境友好型社会中具有十分重要的意义。

地热井出水能力：120 m3/h；地热井出水温度：70℃；井深：2000 m。

回灌井：1口抽水井对应1口回灌井，同时配合过滤装置和加压设施，实现回灌。

设计原则：可有效解决冬季供热问题；尽量利用地下低品位能源，减少运行成本；有较好的经济合理性。

2.2 热源分析

地热是一种无污染、可再生的清洁能源，与煤炭、石油和天然气等传统的化石能源相比，具备数量巨大、可再生、低碳、环保、就地取用等优势。

兰考县位于秦岭东西向构造体系，东端和新华夏构造体系的复合部位。沉积了较厚的第三系和第四系地层。通过1980 m深度探采结合井揭露的地层，为第四系和第三系松散沉积物质。地下1400～2000 m深分布有10余层地热含水层，含水层岩性为细砂、中细砂、细中砂、粗中砂、粗砂，含水层总厚度约200 m，综合地热水水温70℃，开采后可用于供暖。

本县境内已有一口地热井——考和1井，位于兰考凸起古故道，现三公司基地锅炉房内。热储层为上新近系明化镇组地层中的砂岩热储，完钻井深1.20 km，测井揭示水层95.60 m/13层，单井出水量60 m3/h。

根据该井的测温资料，在埋藏深度1.20 km时地温可达55°,实测计算兰考地区地温梯度为3.63℃／100 m。（参见图1）。

图1 考和1井井温曲线

3 地热井设计

从物探测井地层岩性看，通过与华北地层对比，地下深200～1270 m为新第三系明化镇组地层，厚度1070 m，地层岩性为浅棕色砂岩、棕红色泥岩。1270～1916 m为新第三系馆陶组地层,厚度646 m，地层岩性为浅棕色砂岩、棕红色泥岩，该组含水层厚度250 m，在1270～1916 m深地段有15层含水层沙层，仅单层粗砂厚度达20 m,透水性较好，在1240～1280 m深地段有一单层厚度达40 m的砂质粘土隔水层作为地热水盖层，具有良好的储热条件，地层水温可达70℃，是比较理想的成井地层。1916～1980 m为东营组地层，厚度64 m，地层岩性为浅棕色砂岩、棕红色泥岩。据兰考县及周边已有的地热井及油气井资料分析，该区热储层主要是第三系明化镇组和馆陶组砂岩层。

4 换热站设计

4.1 系统流程及原理图

在油田附近蕴藏着大量的地热资源，本方案用地热水作为低温热源，采用热泵系统为油田配套小区供暖，解决油田工人的冬季生活用热问题。系统实现对地热水的梯度利用，可最大限度地提高地热水热量的利用率。

系统主要设备及设计负荷条件下运行模式：

系统主要供热设备包括：直供板换、离心热泵、真空燃气锅炉。见图2。

4.2 尾水处理

图2 第六社区热泵机房系统原理图

该项目主要采用加压回灌技术，主要回灌设备为地热井加压回灌泵，回灌比例大致为30%～40%，估算回灌压力1.4 MPa（需要通过回灌试验，得到确切的回灌压力等数据）。

4.3 节水潜力与节水措施分析

4.3.1 节水潜力

地下水源热泵在运作的过程中，不消耗地下水资源，存在极大的节水潜力，热泵的工作原理就是在冬季通过水源热泵机组，从水源中“提取”热能，送到建筑物中采暖。所以保持水体的温度就非常重要了，这样就要采取一定的保温措施，选择保温性能好的建筑材料，就可以相对地节省地下水资源。

4.3.2 节约措施分析

项目取水要安装计量装置，便于管理。管道要采用耐腐蚀的材质，并做好管道的密封措施，防止管道的水量漏失。

做好水源热泵机组和水处理设备的选型工作，既要满足供暖需求又要有效地实现地下水的循环利用，同时做好设备检查维修，防止跑、冒、滴、漏现象发生。

要做好非供暖期水源热泵机组的维护工作，保证设备的水循环率在使用时达到要求，同时在条件许可的情况下要更新设备，提高用水循环率。

做好回灌井的管理工作，保证回灌在密闭条件下进行，防止水量损失和水质污染。

加强物业管理人员和小区居民的节水培训与教育，提高节水意识，努力建造节约型社区。

5 环境影响初步分析

地热梯级利用是新型清洁能源利用技术，不存在固体废弃物、有毒有害气体及烟尘排放等问题，推广使用地热结合热泵技术供暖可以有效减轻该地区冬季污染。

油田第六社区（28.80 hm2）的供暖负荷约16000 kW，节能减排数据见表1。

6 结语

本项目利用地热供暖技术可行、经济合理，项目符合国家地热开发宏观政策，符合兰考县经济发展规划，对兰考经济发展有积极的促进作用。项目完成后，年供暖面积28.80 hm2，供暖成本由原来的804.40万元/a减少到414.40万元/a，每年节约390万元。

表1 能耗计算表

项目符合国家节能减排的基本国策，减少污染物的排放，每年减排量（标煤t）5178.39 t，有利于环境保护，对于建设资源节约型、环境友好型和谐社会将起到促进作用。

[1]兰考县年鉴编纂委员会.兰考县统计年鉴2012[M].兰考县年鉴编纂委员会，2012.

[2]河南省水利勘测有限公司.中原油田兰考六社区地热供暖工程项目水资源论证报告[R].郑州：河南省水利勘测有限公司,2014.