豐富地?zé)豳Y源助力雄安新區(qū)生態(tài)文明建設(shè)
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先進的地?zé)衢_采關(guān)鍵技術(shù)及示范工程
地?zé)豳Y源開發(fā)利用技術(shù)經(jīng)歷了兩代的演變。第一代技術(shù)的基本特征是直采、直供、直排，由于環(huán)保水準(zhǔn)很低，現(xiàn)已放棄不用。第二代技術(shù)是采灌結(jié)合、用熱不用水，環(huán)保水準(zhǔn)很高，已經(jīng)得到各地政府的重視和推廣應(yīng)用。在我國，淺層地?zé)崮艿睦眉夹g(shù)比較成熟。只要抓好嚴(yán)格監(jiān)管等工程質(zhì)量控制措施，大部分地方都可以使用。實踐中，一般鼓勵地埋管模式的土壤源熱泵系統(tǒng)，限制需要抽水的地下水源熱泵系統(tǒng)，以保護寶貴的地下水資源。對于中深層砂巖熱儲，在回灌條件好的地方，普遍采用第二代技術(shù)，回灌技術(shù)也在不斷進步中。對于基巖中的巖溶熱儲，逐步形成了規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化的地?zé)衢_發(fā)利用技術(shù)體系，并進行了應(yīng)用實踐。
2009?年起，中國石化集團綠源地?zé)崮荛_發(fā)有限責(zé)任公司開始投資建設(shè)雄縣地?zé)峁┡椖俊Ｔ诖诉^程中，中科院地?zé)釄F隊受邀提供持續(xù)的地?zé)醿夹g(shù)支持與技術(shù)服務(wù)。經(jīng)過幾年的努力，終于建成了中國第一個用地?zé)峁┡娲济旱摹盁o煙城”。雄縣地?zé)峁┡痉豆こ袒谡a(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的方式，首次實現(xiàn)了地?zé)崂酶咝屎徒咏闩欧鸥咚疁?zhǔn)的清潔能源利用雙重目標(biāo)，迄今已經(jīng)平穩(wěn)運行了?8?年。2014?年初，國家能源局開始把雄縣地?zé)峁┡氖痉俄椖肯虮狈降貐^(qū)推廣。2016?年，雄縣縣城地區(qū)的人口?9?萬，擁有地?zé)峋?68?口，其中回灌井?24?口，形成供暖能力?450?萬平方米，基本實現(xiàn)了地?zé)峒泄┡采w。雄縣采用的是第二代技術(shù)，實現(xiàn)了近?100%?回灌，做到了用熱不用水。示范工程的亮點包括：地?zé)峁┡菂^(qū)全覆蓋，項目規(guī)模世界上最大（供暖能力?450?萬平方米，現(xiàn)狀運行?280?萬平方米，惠及?9?萬人口），單井平均供暖能力高達?10萬—15?萬平方米，尾水原水全額同層回灌。
在過去?20?年里，我國地?zé)豳Y源直接利用總量一直處于世界第一的位置，目前還比美國高?1?倍以上；同時，一般供熱系統(tǒng)的主體設(shè)備都是國產(chǎn)化的，因而技術(shù)基礎(chǔ)較好。在尾水回灌技術(shù)上，通過持續(xù)探索，形成了可支持規(guī)模化開發(fā)利用的熱儲回灌技術(shù)系列。雄縣地?zé)崽锘毓嗍加?010?年，截至?2016?年底，雄縣地?zé)崽锏睦塾嫽毓嗔恳堰_到?2?383?萬立方米。地?zé)嵛菜幕毓啾苊饬说乇砼欧艓淼奈廴荆灿行У販p緩了熱儲壓力的下降（圖?2）。
雄安新區(qū)巖溶熱儲層的非均質(zhì)性強，采灌井之間的連通性不易確定。示蹤技術(shù)可以將運移參數(shù)量化，有效刻畫儲層流體的特征，研究回灌井和開采井之間的水力聯(lián)系，對長期回灌可能引起的開采井溫度的冷卻進行預(yù)測。筆者團隊從2011年起，在雄縣地?zé)崽镞M行了3次群井示蹤試驗，取得了試驗區(qū)內(nèi)巖溶儲層采灌井之間連通性的有效參數(shù)，包括通道長度、滲透流速、縱向彌散度等，為后期采灌井距和采灌井布局的數(shù)值模擬研究提供了科學(xué)基礎(chǔ)。試驗結(jié)果揭示了回灌井不同方向的滲透流速（圖?3）和采灌井之間連通性好的方向（圖?4）。
采灌井的合理布局和最優(yōu)井距是地?zé)崽飪?yōu)化開采極為關(guān)鍵的兩方面內(nèi)容，關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)成本和熱田的使用壽命。為此，筆者團隊建立了一套用于評價熱田合理布局和最優(yōu)井距的方法，即在建立地?zé)崽锏責(zé)岬刭|(zhì)模型的基礎(chǔ)之上，采用數(shù)值模擬技術(shù)，模擬熱儲的溫度和壓力對不同采灌情景的響應(yīng)（圖?5?和?6），進而以經(jīng)濟學(xué)模型為依據(jù)，以回灌帶來的開采水溫下降與水位下降所產(chǎn)生的最小損失為目標(biāo)函數(shù)，確定最優(yōu)采灌井距和優(yōu)化開采模式。通過該方法可知，雄縣地?zé)崽镌趯Ｊ较拢晒嗑顑?yōu)井距為?400?米（圖?7）。
