大慶油田地?zé)豳Y源類型分析

大慶油田地?zé)豳Y源類型分析

隨著人類社會的快速發(fā)展，人們在生產(chǎn)生活中對能源的高需求變得越來越緊迫，面臨著越來越緊張的能源危機(jī)。地?zé)豳Y源,作為一種清潔的可再生能源,由于其持續(xù)穩(wěn)定、可直接利用、成本低等特點,無疑將成為當(dāng)代以“珍惜地球資源、轉(zhuǎn)變發(fā)展方式、倡導(dǎo)低碳生活”為主題的能源“新貴”。地?zé)豳Y源在廣義上是指能夠為人類經(jīng)濟(jì)開發(fā)和利用的地?zé)崮堋⒌責(zé)崃黧w及其有用組分。而在含油氣的沉積盆地中可以根據(jù)地下賦存載體的類型不同將地?zé)豳Y源分為純地下水地?zé)豳Y源和油田產(chǎn)出水型地?zé)豳Y源兩種類型。油田產(chǎn)出水系指地下含水原油經(jīng)過脫油處理后形成的脫油熱水,通常溫度為35~42℃,是低溫地?zé)豳Y源的一種特殊類型。人類對純地下水地?zé)豳Y源的勘探、開發(fā)及規(guī)?；靡延邪倌甓嗟臍v史,從上世紀(jì)中后期開始,各國政府及組織機(jī)構(gòu)就將尋求可再生的替代能源放在首要位置,而且一些跨國石油公司,如殼牌、優(yōu)尼科、雪弗龍等公司在尋求可再生能源方面也走在世界前列,并且在許多國家建立了地?zé)犴椖?。我國地?zé)豳Y源的利用從上世紀(jì)70年代初起步,到80年代末取得了較大進(jìn)展,但基本都是純地下水地?zé)豳Y源的勘查及利用。目前我國年利用地?zé)崮芗s4.45×108m3,居世界第一位,而且每年以近10%的速度增長。從1998年開始,施尚明等人才對松遼盆地北部大慶油田的非油區(qū)區(qū)塊進(jìn)行了詳細(xì)的地?zé)豳Y源勘查及綜合評價,結(jié)果表明,在松遼盆地地下蘊藏著豐富的中低溫地?zé)豳Y源。經(jīng)過多年的地?zé)衢_發(fā)項目建設(shè),已見到了較好的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益?？紤]到地?zé)崮茉吹奶降V權(quán)和開采地?zé)豳Y源對油氣生產(chǎn)可能帶來的影響,在油田主力產(chǎn)區(qū)內(nèi)一直沒有進(jìn)行過規(guī)?；牡?zé)豳Y源開發(fā)利用,但隨著技術(shù)的不斷改進(jìn),油田產(chǎn)出水型地?zé)豳Y源也可以為高含水期油田生產(chǎn)提供更多的能源補(bǔ)給,使油田工業(yè)也能更加綠色環(huán)保。1松遼盆地北部熱資源的地質(zhì)特征1.1低電阻率、低密度高導(dǎo)層大慶油田所處的松遼盆地北部地殼厚度較薄,莫霍面埋深相對較淺,在29~33km之間,9~17km和20km之下還存在兩個低電阻率、低密度的高導(dǎo)層,可能是構(gòu)造薄弱帶,大慶地區(qū)剛好處在地幔高導(dǎo)層隆起區(qū),上地幔高導(dǎo)層埋深在60~70km之間。這些都是導(dǎo)致松遼盆地高地溫梯度及高大地?zé)崃髦档纳畈吭?而且盆地基底廣泛分布的華力西及燕山期花崗巖,含放射性元素高,放射性元素衰變過程中釋放大量的熱量,對現(xiàn)今地溫場有一定的貢獻(xiàn);同時,基底深大斷裂發(fā)育,可以成為深部熱源的良好通道,對淺部地溫場有重要控制作用。1.2長絲砂砂巖儲層大慶油田地層自下而上發(fā)育石炭-二疊系基底,白堊系登婁庫組、泉頭組、青山口組、姚家組、嫩江組、四方臺組、明水組,第三系和第四系。主要熱儲為姚一段、姚二三段、青二三段及泉三四段砂巖儲層。熱儲層骨架顆粒主要由石英、長石和巖屑組成,其含量各層相差不大,其中石英含量22%~37%,長石含量26%~41%,巖屑含量15%~38%,為巖屑質(zhì)長石砂巖,雜基含量一般小于10%,砂巖主要為粉砂巖和中砂巖,另外有部分細(xì)砂巖。主要為粘土礦物和方解石膠結(jié),砂巖分選為中-好,儲層的物性較好,利于地?zé)豳Y源的保存。鉆遇主要熱儲層井深一般1200~1800m,溫度在50~70℃之間,2300~3800m的深部地層雖然砂礫巖熱儲厚度很大,而且裂隙發(fā)育,井底溫度可達(dá)80~120℃以上,但由于產(chǎn)水量偏低,目前技術(shù)經(jīng)濟(jì)條件下不利于開發(fā)。根據(jù)前人的研究成果,結(jié)合熱儲層的分布,所處構(gòu)造位置及產(chǎn)能、水性等因素,將松遼盆地北部的地?zé)崽锍醪絼澐譃榱值榈責(zé)崽铩⒍艩柌孛晒抛遄灾慰h地?zé)崽?、大慶市區(qū)東風(fēng)新村地?zé)崽?、大慶市讓胡路區(qū)讓西地?zé)崽?圖1)。2油田產(chǎn)出水資源量大慶油田原油開發(fā)已經(jīng)到了高含水后期。筆者的統(tǒng)計結(jié)果表明,年油田產(chǎn)出水量呈上升趨勢,1987年,年油田產(chǎn)出水為1.75×108m3,而到了2006年,年油田產(chǎn)出水已達(dá)到3.98×108m3。年油田產(chǎn)出水上升過程可分為四個階段:1987—1996年為緩慢上升階段,年平均油田產(chǎn)出水量增加514.67×104m3;1996—2001年為快速上升階段,年平均油田產(chǎn)出水量增加2621.53×104m3;2001—2004年為又一個緩慢上升階段,年平均油田產(chǎn)出水量增加454.79×104m3;2004—2006年為中速上升階段,年平均油田產(chǎn)出水量增加1446.23×104m3(圖2)。因此,日益增長的油田產(chǎn)出水是地?zé)豳Y源開發(fā)利用的物質(zhì)保障。據(jù)2006年7月至2007年6月統(tǒng)計:大慶油田日油田產(chǎn)出水約為109.14×104m3,年油田產(chǎn)出水約為3.98×108m3,在油田的實際生產(chǎn)中伴隨原油的產(chǎn)出水溫度也在35~42℃之間,按提取10℃度溫差熱能計,年油田產(chǎn)出水熱能相當(dāng)于56.95×104t標(biāo)準(zhǔn)煤。通過油田產(chǎn)出水的日、月產(chǎn)量分配情況分析,老區(qū)的薩爾圖、喇麻甸、杏樹崗油田是油田產(chǎn)出水的主要產(chǎn)區(qū),占全油田總油田產(chǎn)出水的96.4%,因此,這些人口相對密集區(qū)將是油田產(chǎn)出水開發(fā)利用的主要場所。如果能將油田產(chǎn)出水的熱量加以利用,那么大慶油田地?zé)豳Y源的利用將有更加廣闊的前景。3分質(zhì)供熱技術(shù)目前,大慶油田采用比較典型的三級布站石油生產(chǎn)流程,即石油從地下產(chǎn)出到地面后,需要經(jīng)過計量站、中轉(zhuǎn)站、聯(lián)合站三級站后,才能成為成品原油輸出,從產(chǎn)出到成為成品原油輸出系統(tǒng)的過程中,有向井口提供熱水、對油水混合液加熱、對成品原油加熱等三種用熱需求,此外,還有生產(chǎn)廠礦的宿舍、值班房間、泵房等的采暖用熱,目前這些用熱需求都是由以天然氣為燃料的加熱爐提供的,消耗了大量的天然氣。正是由于石油生產(chǎn)系統(tǒng)既存在大量的低溫余熱,同時又需要大量的溫度較低的用熱需求(溫度高于余熱溫度30~40℃),所以可以通過熱泵技術(shù)回收余熱,用于生產(chǎn)、生活過程,節(jié)約天然氣消耗,獲得經(jīng)濟(jì)效益。近幾年來,大慶油田在利用地?zé)豳Y源供暖方面積極地開展了一些工作,利用地?zé)豳Y源解決了部分油田基礎(chǔ)設(shè)施,如注水站、辦公樓等的供暖,取得了很好的效果。采油二廠南七聯(lián)利用油田產(chǎn)出水作為低溫?zé)嵩?通過熱泵技術(shù)取代鍋爐,實現(xiàn)了全站的采暖。該供熱系統(tǒng)于2001年12月完工并投入使用,從運行情況看,采暖效果較好,室溫始終保持在18~20℃(室外溫度為-10~-26℃);采油三廠采用水源熱泵技術(shù),利用油田產(chǎn)出水作為低溫?zé)崃縼碓?油田產(chǎn)出水流量約為100m3/h,為三廠機(jī)關(guān)樓、食堂、招待所、活動中心等單位供熱和制冷,受益面積17218m2;采油九廠采用了典型的地源熱泵,通過埋地?zé)峤粨Q器從土壤吸熱或向土壤放熱,現(xiàn)有2臺熱泵機(jī)組工作,為九廠地質(zhì)大隊、工技大隊、設(shè)計規(guī)劃所等單位供熱和制冷,受益面積24546m2。通過多年實踐證明,油田產(chǎn)出水型地?zé)豳Y源的工業(yè)化利用技術(shù)可行、運行穩(wěn)定,隨著油田作業(yè)區(qū)的合理規(guī)劃發(fā)展,油田產(chǎn)出水型地?zé)豳Y源的利用價值也將逐步顯現(xiàn)。4熱泵采暖與鍋爐采暖、油氣集輸石油是深埋于地下的寶貴資源,在石油生產(chǎn)過程中需要消耗大量的能源,因此,石油生產(chǎn)企業(yè)具有較大節(jié)能潛力。目前大慶油田原油開發(fā)已經(jīng)進(jìn)入高含水后期,每天產(chǎn)出約109.14×104m3的油田產(chǎn)出水,水溫一般為35~42℃。利用熱泵技術(shù)完全可以滿足石油生產(chǎn)過程需要的大量70~80℃的熱水,用于原油集輸過程摻水、脫水、生活采暖等。在地?zé)峁┡矫?以采油二廠南七聯(lián)油田產(chǎn)出水型地?zé)豳Y源的利用為實例,經(jīng)過查詢及統(tǒng)計,從南七聯(lián)熱泵采暖與鍋爐房采暖的經(jīng)濟(jì)對比以及熱泵與傳統(tǒng)鍋爐房采暖的消耗對比可以看出(表1),采用熱泵與鍋爐相比,雖然多消耗一些電,但可節(jié)約大量天然氣,二者相抵還相當(dāng)于節(jié)約電能約130×104kW·h/a,從而降低了運行和維護(hù)費用。熱泵采暖初投資比鍋爐多58.6×104元,按節(jié)約的運行和維護(hù)費計算,只需1.39a即可收回投資。按運行15a考慮,熱泵采暖總費用比鍋爐節(jié)約572×104元,經(jīng)濟(jì)效益較為可觀。而且熱泵使用清潔的電力能源作為輔助能源,不造成環(huán)境污染。并且與傳統(tǒng)鍋爐采暖相比,地?zé)岵膳€具有以下硬件設(shè)施方面的優(yōu)點(表2)。在原油集輸方面,聯(lián)合站是熱量消耗較大的一個環(huán)節(jié)。利用熱泵技術(shù)將油田產(chǎn)出水溫度提高后進(jìn)入聯(lián)合站,首先給外輸原油加熱,隨后高溫地?zé)崴纸o站內(nèi)熱力系統(tǒng)換熱,為循環(huán)水提供熱量。經(jīng)兩級換熱后的地?zé)崴苯舆M(jìn)入儲油罐,給含水原油加熱,與供暖組成一體系統(tǒng),減少了熱損耗,可以為企業(yè)節(jié)約大量的油氣。以華北油田采油五廠荊二聯(lián)為例,停運了3臺加熱爐,實現(xiàn)日節(jié)油5t,節(jié)氣3485m3,大慶油田目前68座聯(lián)合站可以實現(xiàn)日節(jié)油340t,節(jié)氣23.7×104m3,經(jīng)濟(jì)效益顯而易見。大量的油田產(chǎn)出水型地?zé)豳Y源可以在不破壞油氣生產(chǎn)的前提下替代傳統(tǒng)鍋爐為油田生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施、辦公場所及職工住宅等建筑物供暖,還可以替代天然氣加熱爐或電加熱爐為原油集輸伴熱,降低原油粘度,尤其在大慶這樣的高緯度地區(qū),合理地利用油田產(chǎn)出水中的余熱,不僅能很好地滿足油田上的生產(chǎn)、生活的供熱需求,而且在使用過程中也不消耗各種不可再生資源,對水的利用也是循環(huán)利用,對環(huán)境的損害也是輕微的,在很大程度上可以替代傳統(tǒng)的采暖所需的大量的不可再生資源。5油田的地?zé)豳Y源(1)莫霍面埋深較淺及基底深大斷裂是大慶油田地?zé)嵝纬蓹C(jī)制的主要因素,發(fā)育的姚一段、姚二三段、青二三段及泉三四段的厚層砂巖油氣儲層更有利于地?zé)豳Y源的儲存,當(dāng)井深在1200~1800m之間,井底溫度可達(dá)50~70℃,2300m及更深處可以達(dá)到80℃以上,完全可以作為中低溫地?zé)豳Y源加以利用。(2)大慶油田日油田產(chǎn)出水約為109.14×104m3,年油田產(chǎn)出水約為3.98×108m3,日益增長的油田產(chǎn)出水是地?zé)豳Y源開發(fā)利用的物質(zhì)保障。在油田的實際生產(chǎn)中伴隨原油的產(chǎn)出水溫度也在35~42℃之間,按提取10℃溫差熱