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宝石花温暖万千家·中国石油地热产业高质量发展专题报道(二)

发展地热产业,中国石油的竞争力来自哪里?

  编者按

  当前,按照集团公司“清洁替代、战略接替、绿色转型”三步走总体部署和新能源新业务发展规划,中国石油正在加快推动地热产业发展和布局,跑出中国石油地热产业高质量发展加速度。今后一个时期,在国家政策引导下,地热产业必将迎来广阔的发展空间。为了全面展示中国石油在地热领域的发展探索与成就、优势和经验,也让社会进一步认知地热了解地热,本报特推出系列专题报道,敬请关注。

  从1976年冀中石油会战的高温高产热水井,到今年新增900多万平方米地热供暖面积,几十年来,中国石油地热产业发展蹄疾步稳,迈出了高质量发展坚实步伐。发展地热产业,中国石油“底气”何来?竞争力何在?

  地热资源丰富是中国石油发展地热产业的最大“底气”。中国石油矿权区内4000米以浅地热资源总量达1.08万亿吨标煤,占国内地热资源总量的86%。此外,15家油田年采出水超过10亿立方米,余热资源量近180万吨标煤,夯实了中国石油地热产业高质量发展的“底气”。

  有业内专家表示,地热能勘查与开发利用技术与油气相关技术高度重叠,石油公司开发利用地热能具有先天的优势。作为综合性的国际能源公司和国内油气行业的主力军,中国石油在油气领域积累的诸多技术、资料和经验已经成为发展地热产业的先发优势。

  中国石油在油气生产过程中积累了大量地质、钻测井及地球物理资料,可直接移植运用到地热资源的开发利用上。油田大量废弃井也可重新利用改造为地热井,从而降低地热能开发风险,节约开发成本。技术和资料的先天优势正逐渐转变成中国石油地热产业高质量发展的核心竞争力。

  截至目前,中国石油已经形成五大核心关键技术和四大地热工程建设实施能力。其中,地热地球物理勘查技术、高温钻完井技术达到国际先进水平,砂岩经济回灌技术、废弃井改造为地热井技术、中深层水热型地热供暖技术已经达到国内领先水平。近年来,冀东、辽河、华北等油田的多个大型地热供暖项目已经实现砂岩地层无压回灌;油田采出水余热利用技术已在大庆、华北等油田推广应用。随着技术水平和产业协同优势的不断凸显,中国石油地热产业发展将进入新的阶段。

  几十年深耕地热能开发利用,中国石油积极协调地企关系,加强与地方政府合作,争取政策支持,探索形成了灵活多样的合作经营管理模式。“政企合作、技术主导、多方投资”的发展经验逐渐成为推动中国石油地热产业高质量发展的后发优势。

  政策的东风在推动着中国石油地热产业快速发展。中国石油矿权区与北方地区冬季供暖区基本重合,随着国家相继出台促进地热等可再生能源清洁取暖的文件以及南方地区夏季制冷需求的不断增长,中国石油地热产业将迎来开拓外部市场的机遇期。另一方面,中国石油内部生产耗能较高,在集团公司“清洁替代、战略接替、绿色转型”三步走战略的推动下,拓展内部市场,推动地热替代油田内部生产用能前景广阔。

  下一步,在国家“双碳”目标推动和集团公司党组的统筹部署下,中国石油将持续推进地热产业“233”战略布局,创新“地热+”开发利用模式,加大战略技术储备和关键技术集中攻关,进一步为中国石油地热业务“十四五”规划目标的实现增势赋能。

  企业案例》》》

  案例一:华北油田八大特色技术助地热资源开发

  11月29日,采用地热供暖方式的河北省任丘市石油新城小区的李先生家中温暖舒适。依托华北油田地热开发特色技术,石油新城小区的地热井实现100%同层无压回灌、低耗能开采,年可替代标煤0.93万吨,具有较好的环境效益和社会效益。

  地处京津冀腹地、毗邻雄安新区的华北油田地热资源丰富,开发潜力巨大。早在20世纪80年代,华北油田就开始了对地热的研究,并在中国石油率先成立了专门的地热开发利用研究机构,拥有较为丰富的地热资源开发利用技术和经验。

  在对地热探索研究过程中,华北油田不断完善已有技术,同时根据生产需求创新工艺,形成了优势热储识别技术、开发方案优化技术、钻井完井配套技术、密闭全灌采热技术、潜山低耗开采技术、多能互补及智控技术、中低温地热发电技术、油气热协同开发技术等八项特色技术。

  其中潜山低耗开采技术在书苑小区和蠡县北城区、石油新城小区等得到应用,采出水换热后在密度压差作用下通过回灌井大排量无压回灌,实现了低能耗开采,单井每年可节省用电量2万多度。

  得益于密闭全灌采热技术,地热水采灌系统和供暖软化水循环系统独立运行,取热后地热水直接回灌原地层,实现取热不取水,安全又环保。

  在地热工程技术研究上,研究人员不断完善优化,构建砂岩、潜山地热井钻采工程方案设计模式,形成地热井钻完井、采水回灌、防腐阻垢和高效换热等技术系列,有力推动了华北地热资源的整体高效开发利用,实现地热开发的快速发展和规模化应用。

  八大地热特色优势技术为华北油田开发利用地热资源提供了技术保障,也成为赢得市场竞争的攻坚利器。华北油田抢抓国内开发利用地热资源和雄安新区及京津冀协同发展对地热资源需求的机遇,凭借先进的技术优势,在雄安新区及周边县市开展了一系列地热产业示范项目建设,先后建成了任丘、霸州、蠡县等清洁供暖项目,总供热面积200万平方米,打造了华北油田清洁能源品牌。(记者 郭闻风 通讯员 谢波)

  案例二:辽河油田多专业联合攻关打造优势技术

  为抢占地热技术高地,辽河油田整合勘探开发、修井作业、供水、新能源等研究力量,瞄准“卡脖子”难题联合攻关,厚植技术优势。

  近年来,辽河油田先后承担了《辽河油田地热开发利用现状及资源评价指标研究》《中石油地热资源规划和地热水回灌及热效率利用研究》等科技攻关项目,完成了多项地热相关技术的科研规划研究,形成了相对系统的技术系列。2020年底,辽河油田首次采用压裂技术对冷35井进行压裂,成功获得日涌水量1200吨、出口温度达72摄氏度的优质地热水。

  目前,辽河油田已取得了热泵利用技术、同层回灌技术、深层地热井采输工艺、废弃井改造技术4项技术成果,废弃井利用供热、深层地热直接利用、工业余热辅助生产供热、深层地热资源供暖、浅层地热能利用供热5项应用成果,拥有“地下水人工密封回灌方法”等9项技术专利。

  废弃井改造技术是辽河地热技术系列中的翘楚。该技术针对进入开采中后期的油水井,通过升级定点取套、衬筛管防砂等修井技术,将废弃的油井、气井、注水井改造为地热井。“这样既能减少打井投入,又能盘活油田资产,可谓一举多得。”辽河油田环境工程公司技术人员介绍说。目前,该技术已成功应用于兴隆台采油厂采油作业一区办公楼供暖,通过改造黄06-6井采热水,节省新钻井投资200万元,运行成本也低于燃煤锅炉。

  “墙内开花,墙外香。”近年来,辽河油田积极利用地热技术外闯市场,先后为浙江油田、冀东油田提供技术服务。(记者 罗前彬)

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  我国地热产业发展关键领域

  中深层水热型地热供暖发展难点

  一是大部分地区地热资源以砂岩热储为主,砂岩热储开发过程中尾水回灌是行业内面临的关键问题。二是地热供暖项目初期投资较高,经济效益不高,阻碍开发者积极性。三是受地方政策影响,对地热供暖支持力度不够。

  浅层地热供暖发展难点

  浅层地热既可以冬天供暖也可以夏天制冷,比较适合用冷用热量均衡的地区,如华北平原,其他地区需要人工干预实现能量平衡,项目的经济性随之降低,而且项目运行效率随时间而降低。

  高温地热发电发展难点

  主要是国内适宜地热发电的优质资源较少,主要分布于西藏和云南等人口稀疏、用电负荷较少地区。

  中低温发电发展难点

  我国中低温地热资源丰富,目前中低温地热发电经济性有待进一步提高。

  干热岩开发利用发展难点

  我国干热岩资源潜力较大,资源量位居世界第二名。目前干热岩资源开发一般需要通过EGS(Enhanced Geothermal System)实现,目前国际上有40多个干热岩开发试验项目,全球尚未有实现商业化利用的先例。(中国石油勘探开发研究院新能源研究中心提供 王芳采访)

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  技术为矛助力地热产业可持续发展

  地热资源是中国石油最为现实的新能源资源。发展地热产业,走清洁化发展道路是中国石油能源转型和建设世界一流综合性国际能源公司的重要内容。

  中国石油在地热能开发利用上具有技术优势,一是在油气开发中形成的勘探、钻井、测试、集输、水质处理及地面工程等常规技术,大部分可移植于地热能的开发利用。二是经过多年技术攻关,形成的地热资源勘查、资源评价、砂岩热储回灌、废弃井改造为地热井、采出水余热利用、高温地热钻完井、深井直接换热、智能管控等关键核心技术,在大型地热采暖和发电项目中已实现规模应用。中国石油发展地热产业,对东部高含水油田的产业转型意义重大,无论是地热工业利用,还是地热供暖或制冷、地热发电、地热种植或养殖均具有非常好的发展前景。

  为确保“十四五”实现地热采暖1.5亿平方米、制冷500万平方米、生产替代95万吨标煤的生产目标,有效支撑京津冀清洁供暖、东北用能替代和长三角采暖制冷三大示范区建设,中国石油将重点攻关地热资源动态评价、开发模拟、开发监测、热储改造、防腐防垢、地热制冷、地热与其他可再生能源综合利用等关键技术,解决低孔低渗热储出水量小回灌难、开发模拟和监测技术匮乏、制冷技术薄弱、防腐防垢难、建设成本仍较高等生产瓶颈技术难题,提升科技创新能力和市场竞争力,加快推动产业化进程。

  未来,为建成地热全产业链、拓展地热开发利用领域以及保持地热产业可持续发展,要积极储备干热岩钻完井技术及装备和干热岩压裂等技术,实现对巨量干热岩资源的有效动用。储备超临界二氧化碳地热发电技术,实现地热资源的高效利用和大规模二氧化碳利用与封存。储备超高温/超临界地热钻完井技术,实现对深层超临界地热资源的开发利用。(勘探开发研究院企业技术专家 王社教)

  物探技术支撑地热产业高质量发展

  自上世纪90年代以来,中国石油集团东方地球物理公司已在匈牙利、冰岛、委内瑞拉、肯尼亚等国家以及河北、北京、天津、西藏、四川、河南、内蒙古、辽宁等多个省区市开展了众多地热地球物理勘探工作,形成了完善的重磁电震地热勘查技术系列。

  目前,东方物探已具备从浅层(200米以浅)到中深层(200-3000米)再到深层(大于3000米)多尺度地球物理勘探方法,主要技术有浅层地震、高密度电阻率法、瞬变电磁法、音频大地电磁法、可控源音频电磁法、大地电磁法、高精度磁力、高精度重力、深层地震等系列技术。

  “十二五”以来,在中国石油集团的支持下,东方物探逐步形成了深层复杂区地热三维重磁电综合勘探技术和大功率时频电磁技术,使得公司在地热资源评价及区带目标优选、热储复杂井位设计、综合地球物理勘查等方面具有明显的技术优势,成为国际上地热勘探领域技术完善齐全、独具技术特色的国际地球物理承包商。

  为贯彻落实国家绿色低碳发展战略,东方物探制定了发展地热高精度地球物理前沿探测技术目标。一是研究地热电磁法监测技术,通过监测地热井周围地球物理场的变化,进而分析地热储层地质环境的变化,为地热开发提供强有力的技术支撑。二是针对干热岩这一未来最具潜力的新能源领域开展相关技术研发,利用以往油气勘探中积累丰富的重磁电震资料在松辽盆地、环渤海湾盆地等中国北方重点地区开展干热岩靶区优选,围绕干热岩开发监测及干热岩水力压裂施工对周围环境影响方面开展微地震与电磁法联合监测评价技术研究。

  东方物探将以地球物理技术创新为抓手,全力支持集团公司地热业务发展,助力国家“双碳”目标的实现。(东方物探综合物化探处副总工程师 米晓利)

  中国石油地热产业五大核心关键技术一览

  地热地球物理勘查与评价技术

  可以识别地层界面、断裂和其他构造,识别侵入岩体等热源岩体,识别热储、通道位置及含水性。同时还可基于地球物理属性参数,地温梯度等资料,构建三维地质模型,模拟地下三维温度场的空间分布。

  地热井优快钻完井技术

  形成了潜山地热井优快钻完井技术体系、研发了强漏地层的固井、堵漏技术以及高温地热钻完井技术体系。

  热储改造技术

  针对物性较差、渗透率较低、出水量较小的砂岩型地层,通过钻径向分支井、深穿透射孔、压裂改造等增产措施,人为改变储层结构,大幅度提升单井出水量。

  砂岩回灌技术

  基本全部实现了无压回灌,创新形成了全流程封闭,粗、精两级过滤,自动反清洗膜过滤技术,编制了《地热回灌技术要求》行业标准。

  热能高效利用技术

  中石油自主设计高效磁悬浮热泵机组,提高了冷凝器放热效率;研发形成自动反冲洗高效换热器,解决污垢沉积、附着、堵塞问题,显著改善换热效果。

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