地熱作為一種可再生的潔凈能源，與常規(guī)能源相比，對環(huán)境污染小，利于環(huán)境保護，且具有投資少、見效快的特點。目前，作為中低溫地熱資源豐富的國家，我國的地熱直接利用處于世界前列，在供暖、洗浴、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟和社會效益。

 

  由于地熱勘查及地熱井鉆鑿須投入大量資金，因此，只有實現(xiàn)地熱開發(fā)的可持續(xù)性，才能保證地熱產(chǎn)業(yè)健康、穩(wěn)定、有序的向前發(fā)展。

 

  受經(jīng)濟、技術(shù)條件的制約，目前地熱開發(fā)利用主要是采取鉆井取水的方法，以水作為媒介，將賦存于熱儲層中的熱能采出利用。因此，地熱開發(fā)可持續(xù)性的基本要求應(yīng)是必須保持地熱井出水量及水溫穩(wěn)定，只有這樣，才能提供穩(wěn)定的可利用熱水資源，保證地熱項目的實施。這就要求地熱井水位下降應(yīng)處于可控狀態(tài)，以保證地熱井能夠長期開采。

 

  我國大多數(shù)地熱田均屬于沉積盆地傳導(dǎo)型的中低溫地熱田，熱儲層溫度低于100℃，熱水儲存于沉積的砂礫巖或碳酸鹽巖中。由于熱儲層埋藏深、滲透性、連通性差，不能接受地表大氣降水的直接補給，只有微弱的側(cè)向徑流補給，屬于半封閉的深層承壓水系統(tǒng)。在這種情況下，地熱水的開采以地下含水層壓力的消耗為代價，即開采過程中地層壓力逐步下降，地熱井水位埋深逐年增大，水位下降速率與采出的熱水量呈正相關(guān)。

 

  地熱回灌技術(shù)作為有效減緩地層壓力下降的手段，在許多國家已被應(yīng)用，但其受地質(zhì)、技術(shù)、經(jīng)濟等多重條件的制約。不同的地質(zhì)條件下，回灌能力差別很大，目前，砂巖熱儲層低壓回灌存在著熱儲砂巖孔隙被堵塞，灌不進去的技術(shù)難題。即使能夠?qū)?a href="http://kaichele.cn/t/低溫.html" >低溫熱廢水回灌進去，也存在著熱儲層溫度急劇下降的問題，而熱儲層溫度的恢復(fù)需要相當長的時間。實際上，國內(nèi)目前成功的地熱回灌試驗，如天津市的地熱回灌也僅限于裂隙發(fā)育的碳酸鹽巖熱儲層，且開采熱儲層與回灌層屬于不同層段，層間水力聯(lián)系微弱，這樣雖然解決了熱廢水環(huán)境影響問題，但并不能夠有效地減緩地層壓力下降。同時，回灌井的鉆鑿需要投入大量資金，將阻礙處于初級階段的地熱產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

 

  因此，只有科學(xué)合理地確定地熱井可開采量與布井間距，保證地熱井的使用年限，才能使地熱井水位下降處于可控狀態(tài)。由此，使地熱開發(fā)才能步入良性循環(huán)的軌道，實現(xiàn)地熱開發(fā)的可持續(xù)性。

 

  2 確定地熱井可開采量與布井間距的依據(jù)與步驟目前，我國確定地熱井可開采量與布井間距的依據(jù)為全國礦產(chǎn)儲量委員會辦公室文件——儲辦發(fā)[1996]51號《關(guān)于地熱單井勘查報告審批要求的通知》（以下簡稱《通知》）。該文件規(guī)定對于層狀熱儲層，應(yīng)依據(jù)該井開采可能影響區(qū)內(nèi)的可采熱儲存量與地熱井開采期排放的總熱量進行熱均衡驗算確定，其步驟如下：

 

  2.1  依據(jù)地熱井抽水試驗資料,用內(nèi)插法(最大水位下降以不大于2Om為宜)初步確定地熱井可開采量,并以公式QW=3650OQCW（tW-tO）計算按此量開采100年所排放的總熱量。

 

  式中：

 

  QW——地熱井開采100年所排放的總熱量；

 

  Q  ——地熱井日開采水量；

 

  CW——地熱水平均熱容量；

 

  tW——地熱水平均溫度；

 

  tO一一地層常溫帶溫度。

 

  2.2  依據(jù)地熱井地質(zhì)剖面，按公式Qr=KHCr（tr-tO）計算確定地熱井開采利用熱儲層單位面積可開采的熱儲存量。

 

  式中：

 

  Qr——地熱井開采影響區(qū)內(nèi)可采熱儲存量；

 

  K——熱儲層地熱采收率；

 

  H——地熱井所利用的熱儲層厚度；

 

  Cr——熱儲層平均熱容量；

 

  tr——熱儲層地熱平均溫度。

 

  2.3  按均衡原理以公式F=QW/Qr計算熱儲層可采熱儲存量與地熱井開采100年排放總熱量保持均衡所需的熱田面積，并按圓面積公式估算地熱井的井距。

 

  2.4  在該地熱田尚無其他地熱生產(chǎn)井或已有井的井距超過計算的布井間距，可以地熱井抽水試驗資料初步確定的可開采量為該井的可開采量；若已有井井距小于計算的布井間距,則應(yīng)以已有井距的二分之一為半徑劃定的圓面積作為該井可開采的控制范圍，并以該范圍內(nèi)的可采熱儲存量作為該井的地熱水開采允許排放的熱量，進而反求其可開采量。

 

  3 存在的問題

 

  《通知》制定于1996年，經(jīng)多年地熱開發(fā)的應(yīng)用實踐，發(fā)現(xiàn)其中關(guān)于確定地熱井可開采量與布井間距的依據(jù)部分存在許多問題，和現(xiàn)階段我國地熱開發(fā)利用要求相矛盾。如：不符合地熱水賦存、變化規(guī)律、無法滿足地熱開發(fā)利用可持續(xù)性的要求等。

 

  3．1設(shè)計地熱井開采時間過長

 

  《通知》中按地熱井開采100年計算排放的總熱量，依其而估算出地熱井的井距，設(shè)計地熱井使用年限為100年。

 

  目前，地熱井普遍采用的管材為石油套管，質(zhì)量很好，使用年限可達30年以上。但由于地熱水礦化度一般都很高，對管壁的腐蝕較強，特別是在水位變動帶，腐蝕更加明顯，因此，地熱井的管材能否使用100年尚沒有肯定的例證。

 

  地熱資源雖然是一種可再生能源，但是其再生的過程十分久遠，地熱水開采必然導(dǎo)致地下水位持續(xù)下降。以100年作為地熱井的開采時間，只能以減少可開采量作為代價才能有望達到，這將限制地熱井的利用效率，無法滿足實際需求。雖然地熱開發(fā)需要可持續(xù)性，但沒有其經(jīng)濟效益，將沒有人愿意開發(fā)地熱。因此，作為一種能源開采，地熱與煤炭、石油等常規(guī)能源一樣，為了取得最好的經(jīng)濟、社會效益，地熱開發(fā)需要可持續(xù)性，但作者認為，沒有必要非開采100年。持續(xù)過程太長，應(yīng)根據(jù)地熱田的實際資源量，開采年限相應(yīng)減少為宜。

 

  3．2未考慮地熱地質(zhì)條件的差異

 

  地熱水存儲于地下熱儲層中，可分為砂巖孔隙熱儲、碳酸鹽巖巖溶熱儲、裂隙熱儲等。不同巖性的熱儲層具有不同的性質(zhì)，即使相同巖性的熱儲層，其滲透性、儲水性差異也很大，因此地熱井涌水量會大小不等。

 

  一般情況下，砂巖孔隙熱儲連通性好、孔隙度大，滲透性好，地熱井涌水量大；而巖溶熱儲、裂隙熱儲發(fā)育不均，地熱井涌水量差別很大。如位于黃驊坳陷滄東凹陷的滄州溫泉托老院地熱井，所取熱儲層為上第三系館陶組砂巖孔隙熱儲，水位降深16.81m時涌水量達2877m3／d；位于滄縣隆起獻縣凸起的獻迎熱1井，所取熱儲層為元古界薊縣系霧迷山組巖溶熱儲，水位降深54.94m時涌水量為1965m3／d；而位于冀中坳陷藁城凸起的熱電1井，所取熱儲層為下古生界奧陶系巖溶熱儲，水位降深190m時涌水量僅為840m3／d。

 

  《通知》中統(tǒng)一規(guī)定：依據(jù)地熱井抽水試驗資料,用內(nèi)插法(最大水位下降以不大于2Om為宜)初步確定地熱井可開采量，而未認真考慮不同地區(qū)地熱地質(zhì)條件的差異性。據(jù)此，滄州溫泉托老院地熱井水位降深16.81m時可開采量達2877m3／d，獻迎熱1井水位降深20m時可開采量715m3／d，而熱電1井水位降深20m時可開采量僅88m3／d，差距非常大。其中熱電1井若按88m3／d開采，應(yīng)屬于報廢井，而該井總投資達400多萬元。因此，地熱井可開采量的確定應(yīng)綜合考慮不同地區(qū)地熱地質(zhì)條件的差異性，而不應(yīng)以水位下降的固定值來計算。

 

  3．3缺乏合理操作性

 

  熱儲層由于埋藏深，地層壓力大，在未開發(fā)地區(qū)，開始打開熱儲層時，地熱井的熱水基本都能夠自流，即地熱井初始靜水位埋深高于地面。如冀中坳陷饒陽凹陷任熱1井，取水熱儲層為館陶組熱儲，1980年11月成井時初始靜水位高出地面14m；滄縣隆起獻縣凸起獻迎熱1井，2000年11月成井時關(guān)井井口壓力0.36Mpa，初始靜水位高出地面36m?！锻ㄖ分幸?guī)定以最大水位下降不大于2Om確定地熱井可開采量，對于獻迎熱1井來說，其自流時水位降深36m，自流量1389 m3／d，若按通知中規(guī)定，其可開采量則為降深20m時的772 m3／d，小于自流量，顯然不合理，無論從技術(shù)還是從經(jīng)濟角度講，都缺乏合理的操作性。