夏儲(chǔ)冬用！天津探索地?zé)崮苓\(yùn)用新技術(shù)

天津地?zé)峥辈殚_(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)院

天津市蘊(yùn)藏著豐厚的地?zé)豳Y源，是我國(guó)地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)使用較早的區(qū)域之一，地?zé)嵋殉蔀橹匾沫h(huán)保動(dòng)力，地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)使用現(xiàn)已形成安穩(wěn)的地?zé)峁I(yè)。憑仗豐厚的地?zé)豳Y源儲(chǔ)量、眾多的開(kāi)發(fā)使用和維護(hù)效果以及自然資源辦理部門的立異辦理，天津市成為了全國(guó)唯一的集“我國(guó)溫泉之都”“我國(guó)溫泉之城”和“我國(guó)溫泉之鄉(xiāng)”為一體的省級(jí)城市，多年來(lái)地?zé)豳Y源的開(kāi)發(fā)使用規(guī)劃和水均勻走在全國(guó)前列。

作為傳統(tǒng)化石動(dòng)力的完美替代者，地?zé)豳Y源已成為應(yīng)對(duì)氣候改變、打贏藍(lán)天捍衛(wèi)戰(zhàn)和優(yōu)化動(dòng)力結(jié)構(gòu)的重要力量。天津市對(duì)地?zé)豳Y源的需求呈逐年上升的氣勢(shì)，但隨著需求的不斷添加，怎么保證地?zé)豳Y源可以可繼續(xù)使用成為了擺在地?zé)徂k理者和技能工作者面前的重要問(wèn)題。地?zé)峄毓嗍鞘澜绻J(rèn)的維持地?zé)釤醿?chǔ)壓力、保證地?zé)崽锟衫^續(xù)挖掘的重要技能手法，現(xiàn)在現(xiàn)已成為世界范圍內(nèi)數(shù)十個(gè)重要的地?zé)崽锍霎a(chǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)中的一項(xiàng)日常工作。通常情況下，地?zé)峄毓嗍窃诠┡趦?nèi)將使用后降溫的地?zé)嵛菜毓嗟綗醿?chǔ)層，歸于“原水回灌”。天津市從1996年開(kāi)端首先在地?zé)峁┡?xiàng)目上選用對(duì)井回灌開(kāi)發(fā)使用模式，現(xiàn)已相繼建成了二百多處地?zé)釋?duì)井回灌開(kāi)發(fā)體系，地?zé)峄毓嗦室延?000年時(shí)缺乏10%進(jìn)步到了如今的80%。經(jīng)過(guò)實(shí)踐運(yùn)轉(zhuǎn)和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，近年來(lái)天津市的地?zé)醿?chǔ)層壓力下降趨勢(shì)得到了顯著的緩解，大部分區(qū)域乃至呈現(xiàn)了上升，證明回灌取得了顯著的應(yīng)用效果。在此基礎(chǔ)上，一方面為了彌補(bǔ)因?yàn)橐酝K年采灌失衡形成的熱儲(chǔ)壓力虧空，另一方面為了可以進(jìn)一步進(jìn)步地?zé)豳Y源可挖掘量，天津市又在全國(guó)首先展開(kāi)了“地表水回灌”研討。相關(guān)于“原水回灌”，地表水回灌歸于“外來(lái)水源回灌”，是為適應(yīng)對(duì)地?zé)豳Y源的需求量不斷添加而提出的一種對(duì)熱儲(chǔ)層進(jìn)行補(bǔ)給的新式技能，其有兩大優(yōu)勢(shì)：

一是可以在非供暖期對(duì)熱儲(chǔ)層進(jìn)行額外的流體彌補(bǔ)，這些冷流體在地下儲(chǔ)層這個(gè)大熱庫(kù)中經(jīng)過(guò)圍巖加熱和與深部高溫?zé)崃黧w的對(duì)流循環(huán)，終究會(huì)以熱流體的形式在未來(lái)的供暖期再次成為咱們的優(yōu)質(zhì)熱源，然后添加了地?zé)豳Y源的可挖掘量，起到了“夏儲(chǔ)冬用”的效果。

二是關(guān)于天津這樣的北方城市，非供暖期尤其是夏季同時(shí)也是豐水期，地表水受降水的補(bǔ)給量大，水位上漲迅速，此時(shí)展開(kāi)地表水回灌一方面處理了城市排澇方面的需求，另一方面也完成了使地表水資源就地蓄留、就地資源化的“海綿城市”效果。

為了使地表水回灌從設(shè)想變?yōu)閷?shí)際，作為國(guó)內(nèi)地?zé)犷I(lǐng)域的龍頭技能單位，天津地?zé)峥辈殚_(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)院在天津市地?zé)徂k理部門的支持下早在2009年就組建了專門的技能團(tuán)隊(duì)展開(kāi)相關(guān)研討。地表水回灌的成功需要有兩個(gè)前提條件，一是要防止冷流體會(huì)集回灌形成的熱打破問(wèn)題;二是要防止外來(lái)水源注入熱儲(chǔ)層后對(duì)儲(chǔ)層形成不可逆的損傷。

針對(duì)這兩個(gè)問(wèn)題，技能團(tuán)隊(duì)展開(kāi)了很多的試驗(yàn)研討工作，在地表水回灌井的選址方面，不光要接近回灌水源，下降管路鋪設(shè)的成本，更要考慮地質(zhì)方面的影響因素。為此，技能團(tuán)隊(duì)在充分剖析天津市區(qū)域地?zé)岬刭|(zhì)條件、水文條件、地?zé)衢_(kāi)發(fā)使用等情況的基礎(chǔ)上，結(jié)合回灌方針儲(chǔ)層的巖性特征、裂隙率、浸透率、裂隙散布特征及布井現(xiàn)狀，應(yīng)用地質(zhì)條件剖析和數(shù)學(xué)模擬辦法歸納優(yōu)選方針靶區(qū)，并經(jīng)過(guò)示蹤試驗(yàn)剖析方針區(qū)熱儲(chǔ)的裂隙連通特性和流場(chǎng)特征，確認(rèn)優(yōu)勢(shì)滲流通道，再結(jié)合區(qū)域動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和回灌試驗(yàn)數(shù)據(jù)，來(lái)確認(rèn)地表水回灌井的成井工藝，以及與周邊挖掘井的相對(duì)方位和井距離，然后防止地表水回灌對(duì)周邊地?zé)嵬诰蚓臏囟劝l(fā)生不利影響，保證供熱安全。

為了防止對(duì)熱儲(chǔ)層形成污染，回灌水有必要達(dá)到必定的標(biāo)準(zhǔn)。考慮到地表水的補(bǔ)給來(lái)歷主要是上游河道和天然降水，其水質(zhì)和水量存在較大的時(shí)空改變。為此，技能團(tuán)隊(duì)專門搭建了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的地表水室內(nèi)水處理模擬試驗(yàn)渠道，依據(jù)不同水源水質(zhì)特色及回灌水質(zhì)要求，選擇不同的模塊，自由組合，以地表水為水源，進(jìn)行不同工藝流程的水質(zhì)處理試驗(yàn)，并經(jīng)過(guò)高溫高壓水巖反應(yīng)試驗(yàn)評(píng)估對(duì)儲(chǔ)層的影響，終究?jī)?yōu)選出符合回灌水水質(zhì)要求、處理成本低、運(yùn)轉(zhuǎn)安穩(wěn)的工藝路途。這樣就可以在地表水回灌站工程建設(shè)前優(yōu)選工藝流程，然后防止地表水回灌站建成后，因水質(zhì)改變?cè)驅(qū)е绿鎿Q設(shè)備帶來(lái)的較大花費(fèi)，保證地表水長(zhǎng)時(shí)間回灌不會(huì)對(duì)儲(chǔ)層發(fā)生不利影響。

憑仗著技能團(tuán)隊(duì)敢為人先的立異精力和科學(xué)謹(jǐn)慎的工作態(tài)度，經(jīng)過(guò)重復(fù)試驗(yàn)和精益求精的不斷改進(jìn)，從2013年在東麗湖區(qū)域首先建立了地表水回灌試驗(yàn)站起，至2021年又分別在東麗區(qū)和津南區(qū)以地?zé)嵬诰蛑髁醿?chǔ)層薊縣系霧迷山組為回灌意圖層，建成兩處出產(chǎn)性地表水回灌工程，地表水回灌終于從理論變成了實(shí)際。

依據(jù)天津市規(guī)劃和自然資源局關(guān)于印發(fā)《天津市地?zé)豳Y源辦理實(shí)施辦法》的告訴：“鼓勵(lì)有條件的單位，經(jīng)過(guò)建設(shè)使用地表水的熱儲(chǔ)回灌工程，在非供暖期進(jìn)行地?zé)峄毓?。使用地表水進(jìn)行回灌的，可按照添加回灌量的50%申請(qǐng)?zhí)砑幽甓韧诰蚰繕?biāo)。”

坐落東麗湖旅游度假區(qū)的東麗湖動(dòng)力科技有限公司地表水回灌站具有3眼地表水回灌井，每年可添加霧迷山組熱儲(chǔ)層回灌補(bǔ)給量約120萬(wàn)方/年，可添加60萬(wàn)方/年的霧迷山組熱儲(chǔ)層挖掘目標(biāo)，可在該區(qū)域添加地?zé)峁┡娣e約60萬(wàn)平米，發(fā)生的熱量相當(dāng)于每年節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤1.1萬(wàn)噸，可下降向大氣中排放二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物及懸浮質(zhì)粉塵等各類污染物約2.8萬(wàn)噸。

坐落津南區(qū)北閘門鎮(zhèn)的國(guó)新供熱公司地表水回灌站具有1眼地表水回灌井，每年可添加霧迷山組熱儲(chǔ)層回灌補(bǔ)給量約24萬(wàn)方/年，可添加12萬(wàn)方/年的霧迷山組熱儲(chǔ)層挖掘目標(biāo)，可在該區(qū)域添加地?zé)峁┡娣e約9萬(wàn)平米，發(fā)生的熱量相當(dāng)于每年節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)煤0.26萬(wàn)噸，可下降向大氣中排放二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物及懸浮質(zhì)粉塵等各類污染物約0.66萬(wàn)噸。

依據(jù)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，地表水回灌區(qū)域的熱儲(chǔ)壓力呈現(xiàn)了顯著的上升，而周邊挖掘井溫度、水質(zhì)保持安穩(wěn)，證明了使用豐水期的地表水對(duì)地?zé)豳Y源挖掘會(huì)集的熱儲(chǔ)層進(jìn)行回灌，是緩解地?zé)豳Y源供需矛盾、消除因地?zé)崃黧w過(guò)度挖掘呈現(xiàn)的漏斗現(xiàn)象、防止地?zé)豳Y源過(guò)快枯竭，完成可繼續(xù)開(kāi)發(fā)使用的有用手法。工程的建成應(yīng)用，形成了維護(hù)環(huán)境、補(bǔ)給地?zé)豳Y源的工業(yè)結(jié)構(gòu)和出產(chǎn)方式，開(kāi)創(chuàng)了全國(guó)選用地表水會(huì)集回灌補(bǔ)給深部地?zé)醿?chǔ)層的先例，拓荒了地?zé)豳Y源維護(hù)的新路途。

我國(guó)地?zé)釙?huì)集開(kāi)發(fā)的區(qū)域，大都具有豐厚的地表水資源，尤其是關(guān)于開(kāi)發(fā)以碳酸鹽巖為主的大型盆地型熱儲(chǔ)區(qū)域，具有回灌能力好，底部熱源豐厚的特色，配合技能合理的水處理工藝，具有廣闊的應(yīng)用遠(yuǎn)景，可以為國(guó)家開(kāi)發(fā)使用地?zé)徇@種新式、綠色、高效、清潔動(dòng)力供給戰(zhàn)略保證，為完成雙碳方針和地?zé)岣哔|(zhì)量開(kāi)展供給技能支持。

注：原文刊登于2022年7月刊《我國(guó)地?zé)帷冯s志原標(biāo)題：天津市探索地?zé)崮芟膬?chǔ)冬用新技能辦法，服務(wù)地?zé)岣哔|(zhì)量開(kāi)展