松辽盆地北部地温场特征及地热能开发利用方向探讨

2023-03-29李士平

西部探矿工程 2023年1期

李士平

（大庆油田有限责任公司勘探开发研究院，黑龙江大庆 163712）

松辽盆地位于我国东北地区，长750km，宽330～370km，面积约26×104km2。盆地的沉积盖层主要由侏罗系、白垩系、上下第三系和第四系组成，最大厚度达万米，白垩系是盆地中最主要的沉积岩系，厚度大、分布广，蕴藏着丰富的油气资源，也存在十分可观的地热资源，开发利用前景十分广阔[1]。

1 松辽盆地中低地温场形成机制分析

据Girdler（1970）裂谷盆地形成理论和松辽盆地演化模式，松辽盆地的形成主要受地幔物质的热动力引起上地幔物质上涌，引起莫霍面隆起、陆壳拉张变薄进而形成裂谷盆地[2]。由于地幔上拱，致使地壳拉张变薄，这为地壳深部的热流或热液上升提供了良好的渠道，从而增加了地幔对流的热量，所以地幔热源对流是盆地热能的主要热源[3-4]。总之，松辽盆地莫霍面隆起、上地幔上隆及壳内高导层的存在是地温梯度及大地热流值高的深部原因，基底花岗岩的广泛分布为下部热流为上覆盖层传递创造良好的条件，同时，基底深大断裂发育，可以成为深部热源的良好通道。松辽盆地莫霍面埋深见图1。

2 松辽盆地北部地温场分布特征及影响因素

2.1 基底富铀花岗岩是盆地局部高温场热源

松辽盆地北部基底岩性以泥质板岩、千枚岩、结晶灰岩等浅变质岩为主，同时还有片岩、片麻岩及花岗岩和闪长岩类，从岩石的导热性方面来看，这些变质岩及侵入岩的热导率相对较高，可以为下部热流为上覆盖层传递创造良好的条件。同时，基底深大断裂发育，可以成为深部热源的良好通道，对浅部地温场有重要控制作用[5-6]。

2.2 松辽盆地北部地温场分布特征

图2是利用油田1000多口探井测温资料统计编绘的盆地北部地温梯度等值线图，从图中可以看出，平均地温梯度约为3.8℃/100m，地温梯度高值区主要集中分布在兰西—肇东—肇州—肇源以南和哈尔滨—双城以北地区，最大值位于哈尔滨与肇源之间，达到5.4℃/100m，在林甸、泰康以南、齐齐哈尔以西、肇源西北处也发育局部高值区。地温梯度随深度增加而降低，盆地中部钻孔测温资料表明，在1000～2000m 深度内梯度为4.8℃/100m，当深度增至2500m 以深时，梯度降至3.0℃/100m，这主要是由于随深度的增加，岩石密度增大，孔隙度减小和热导率增加的结果[7]。

图2 松辽盆地北部地温梯度等值线图

图3 是利用油田多口探井测温资料统计编绘的地层温度与埋藏深度关系图，从图中可以看出，埋深1000m、2000m、3000m 深处的平均地温分别为40℃～50℃，70℃～80℃和90℃～110℃，而且随深度的增加，温度逐渐增高。地层温度与深度的变化具有很好的线性关系，2700m 以上为低温区，2700 ～4400m 为中温区，4400m 以下为高温区，通过地温场特征分析表明，松辽盆地北部为地温的高值区，地热资源丰富，开发利用前景广阔[8]。

图3 松辽盆地北部地层温度与深度关系图

3 地热储层特征

据油气勘探资料表明，青山组的底部青一段、嫩江组的底部嫩一、二段分别处于最大沉降期时所形成的半深—深湖相沉积，沉积稳定，泥岩纯而且厚度大、分布面积广，封盖性能好，是非常好的区域性隔水层。另外，据油田探井揭示，泉头组二段也发育一套较好的全区分布的泥岩，也可作为区域隔水层。由此，可依据隔水层将热储划分为上、中、下三套热储层体系，其中以中部热储为重点。

4 松辽盆地北部地热能开发利用方向探讨

松辽盆地北部纯地热水的资源主要集中在大庆市区、林甸、杜蒙等三个地区，除了纯地热水资源，大庆油田在实际生产中伴随原油的采出水温度在35℃～42℃之间，且产量巨大，如果能将纯热水资源和油田采出水的热量加以利用，那么大庆油田地热资源的利用将有更加广阔的前景。

4.1 纯地热水资源综合利用方向

松辽盆地北部纯地热水资源主要用于采暖供热、洗浴疗养、农业种植、水产养殖、矿泉水生产以及房地产开发等方面。纯地热水资源开发利用有两种方式：打新地热井和改造资产报废井。考虑到大庆油田的实际，从节约成本、变废为宝的角度出发，不提倡打新井，而是侧重通过对资产报废井改造，积极开展“修旧利废”工作，是纯地热水资源开发利用的有效途径。1999年始，林4、林深1、李3、萨49 等4 口井已经被开发利用，并取得了较好的经济效益，也展示了改造资产报废井用于纯地热水资源开发利用具有非常广阔的前景[9]。

4.2 油田采出水资源综合利用方向

目前大庆油田原油开发已经进入高含水后期，原油生产中伴随原油的采出水量也呈上升趋势。据油田开发资料统计，年采水量超过4.33×108m3，若按提取10℃温差热能计，相当于54.18×104t标准煤。通过油田采出水的分布情况分析，老区的萨尔图、喇嘛甸、杏树岗油田是油田的主要产油区，也是采出水的主要产区，这些油田原油伴随采出水占全油田总油田采出水的96.4%。因此，这些处于油田设施、矿区办公和居民楼相对密集的地区，每年将消耗大量的热能用于油田设施伴热和居民采暖，如果能将油田采出水的热量加以利用，将会节省数目可观的煤或油气燃料[10]。

近几年来，大庆油田在利用油田采出水供暖方面也积极地开展了一些工作，特别是采油二厂、三厂、九厂采用热泵技术利用油田采出水地热资源解决了部分油田基础设施，如注水站、办公楼等的供暖，取得了较好的效果[11]。

热泵技术是一种高效节能的可再生能源利用技术。热泵工作原理图，如图4所示，热泵本身不是能源，而是开发利用热能的工具，输入少量的电能，就能把热量从低温物体转移到高温物体的装置。热泵的制热系数一般在3.8～4.3之间。

图4 压缩式热泵工作原理图

采油二厂第五作业区热泵装置为作业区办公楼、厂房、车库等单位供热和制冷，受益面积为8529m2；采油三厂采用水源热泵技术，利用油田采出水为三厂机关楼、食堂、招待所、活动中心等单位供热和制冷，受益面积17218m2。实践证明，采用热泵技术利用油田采出水可以实现民用、油田基础设施供暖及工艺管道伴热等。采用热泵技术将油田采出水的热能提取，较好地满足油田生产、生活的供热需求，具有一定的节能效果；同时减少了CO2排放，达到节能减排的效果。

4.3 松辽盆地北部地热能开发利用方向探讨

从目前松辽盆地北部地热资源类型来看，若要开发市区北郊及林甸等地热资源为油田服务，需要大范围新钻地热井，长距离铺设热水输送管网；同时仍需要铺设管道及回注泵站，将热量提取后剩余水仍输送并回灌地热储层，投资巨大。而油田采出水地热资源水量大且水温稳定，采出水处理及输送系统已经相对完善，并有很多成功的先例，热量提取后的污水可利用已建注水系统直接回注地层。因此，开发利用油田采出水热能投资少，见效快，技术及经济风险相对较低。即要讲究眼前效益，更要放眼长远利益，实现松辽盆地北部地热资源开发利用的可持续发展。