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王天柱¹?孫陌球¹?胡曉斌¹?王?超²

（1.中國石油華北油田第五采油廠，河北辛集  052300；2.中國石油華北油田經濟技術研究院，河北任丘  062550） 

摘?要：本文探討油田地熱能開發的相關問題，闡述了開發油田地熱能的重要性和可行性。通過對油田地質特征和地熱能潛力的分析，提出在油田開發過程中基于油田企業新能源發展轉型的“油熱共生”理念，并提出了三種“油熱同采”技術路線，取得良好經濟效益，形成了油田地熱能開發的示范場景，對于實現“油田變熱田”的技術發展具有廣泛的適應性和推廣價值。

關鍵詞：油田開發；地熱能源；油熱共生；油熱同采

中圖分類號：TE09文獻標識碼：A文章編號：1671-2064（2024）20-0014-02

  

0引言

近年來，隨著國家碳達峰碳中和目標的提出，國務院以及國家發展改革委、國家能源局等部門相繼出臺《2030年前碳達峰行動方案》《關于促進地熱能開發利用的若干意見》《“十四五”可再生能源發展規劃》等文件，制定中長期地熱能發展規劃和目標，明確地熱能是我國能源結構轉型和未來能源體系的重要組成部分［1］。地熱能作為一種可再生清潔能源，其開發利用日益受到關注。油田中存在著豐富的地熱資源，油熱共生現象為同時開發石油和地熱能提供了獨特的機會。油熱同采技術的發展，不僅能夠提高能源綜合利用效率，還能為油田的可持續發展注入新的活力，推動油田企業綠色低碳高質量發展。本文旨在探討油田地熱資源的開發利用，分析其經濟、環境和社會效益，為油田企業高質量發展提供理論依據和實踐指導［2］。

1油田地熱能的潛力

油田通常位于地質構造復雜的地區，地層深處蘊含著大量的熱能。由于石油的形成和儲存過程與地熱條件密切相關，因此，油田往往具有較高的地熱梯度和豐富的地熱流體［3］。對油田地熱能潛力的準確評估是開發利用的基礎，需要綜合考慮地質結構、儲層特性、流體性質等因素。

W廠所屬區域地溫梯度達到3.0℃～3.5℃/100m，轄區中深層地熱資源量達到247×107GJ，具有巨大的開發潛力。

2油熱共生的原理與特點

油熱共生是指在同一油田中，石油和地熱能共存且相互影響的現象。石油的開采過程會改變地層壓力和溫度分布，從而影響地熱能的分布和流動特性。同時，地熱能的開發也可能對石油開采產生一定影響。深入理解油熱共生原理，對于優化開發方案、提高資源利用率具有重要意義。同時，油田企業有著豐富的開發技術和油氣井資源，為油氣井轉地熱井開發奠定良好基礎。

3油熱同采技術

通過合理設計井網和開采工藝，可以實現石油和地熱能同時開采。在采油過程中，利用地熱流體的熱能進行加熱、驅油等操作，可以提高石油采收率。將地熱流體提取出來進行發電、供熱，需要應用深井鉆井技術、地熱流體提取與輸送技術、熱能轉換與利用技術等［4］。

3.1閑置井地熱利用技術

閑置井的地質條件有較好的適配性。閑置井通常具有地質條件穩定、地層溫度適宜等特點，這些區域往往也是地熱資源豐富的地區。井筒結構條件較為完整，部分閑置井的井筒和套管形變或損傷，經過適當修復和改造即可用于地熱能的開采。油田開發的技術儲備完整，對地熱能的開采、轉換和利用技術已經相對成熟，為閑置井地熱利用提供了堅實的技術基礎［5］。

閑置油井地熱利用技術具有廣闊的應用前景和顯著的經濟效益、環保效益。利用閑置油井進行地熱能的開采，可以避免重新鉆探的成本和時間，降低地熱項目的投資成本。閑置油井作為現成的地下通道，可以充分利用地下熱能資源，提高資源利用率。

3.2重力熱管技術

重力熱管技術作為一種高效、可靠的熱傳導方式，在地熱應用中展現出獨特的優勢。該技術具有高效傳熱特點和良好的適應性，通過利用工質的相變過程進行熱傳導，傳熱效率遠高于傳統方式，能夠顯著提高地熱能的利用率。重力熱管的結構緊湊，無需外部動力，維護成本低，適用于各種復雜的地質條件［6］。

通過優化工質選擇、加強熱管設計、強化熱管維護等措施，可以進一步提高重力熱管技術的傳熱效率和穩定性。未來，隨著技術的不斷創新和智能化管理的引入，重力熱管技術將在地熱應用中發揮更加重要的作用，為地熱能的可持續利用和環境保護作出貢獻。

3.3同軸換熱技術

同軸換熱技術是一種利用兩個同軸管道進行熱量傳遞的熱交換方式。基本原理是，內外管道之間形成一個環形空間，通過流體在管道內的對流和傳導，實現熱量傳遞。在同軸換熱器中，內管道通常用于輸送工作流體，而外管道則與地下巖土體或地熱流體接觸，實現熱量交換。這種結構不僅提高了熱交換效率，還減少了換熱器的體積和重量，便于在復雜地質條件下進行安裝和使用。同軸換熱器可以根據不同的地質條件和應用需求進行靈活設計，適應性強。同軸換熱技術無需燃燒化石燃料，減少了溫室氣體排放和空氣污染，符合可持續發展要求。

4油熱同采示范場景

W廠轄區冀中坳陷是太古界、下元古界變質巖，上面覆蓋有華北地臺型沉積地層。根據地層巖性的熱儲特性和可利用的水溫、水質、水量情況，縱向上可劃分為四套熱儲層。第一套為上第三系明化鎮組、館陶組高孔隙型砂巖熱儲層；第二套為下第三系東營組、沙河街組中孔隙型砂巖熱儲層；第三套是下古生界奧陶系和寒武系府君山組裂縫型石灰巖、白云巖熱儲層；第四套是中、上元古界薊縣系霧迷山組和長城系高于莊組裂縫—溶洞型白云巖熱儲層。

篩選地溫梯度大于3.2℃/100m鉆遇霧迷山組146口閑置井，對地層壓力系數、裂縫發育程度以及試油等數據綜合分析，選取H16潛山高部位Z90和低部位H23兩口井，通過試采試灌試驗，Z90采水能力達到日產2000m3、井口溫度達到120℃，H23井實現2000m3無壓回灌。

通過將S轉油站外Z90井中的高溫采出水進行除砂、分離等工藝，經管輸進站，根據S轉油站站內維溫、脫水、外輸、摻水四個用熱單元所需溫度不同進行梯度利用，換熱后的低溫水增壓回注至H23井。回注過程中，突出精益工程設計，同溝鋪設回注管線與H16拉油點集油管線，實現H16拉油點電加熱器同步替代，最終實現五級梯度換熱［7］。與傳統的一次換熱操作相比，該廠創新“五級梯度換熱”工藝，實現同等熱量需求下采出液量減少57%，熱能利用率提高90%以上。

項目投產后，年節約外購燃氣140萬立方米，項目內部收益率達到18.3%，年減少二氧化碳排放3027噸，取得了良好的經濟和環保效益，為油田企業打造了油熱同采的示范場景，具有廣泛的參考和推廣價值。

5結語

油田地熱能開發具有廣闊的前景和巨大的潛力。油熱共生理念和油熱同采技術為能源行業提供了新的思路和途徑。在開發過程中，應充分考慮地質條件、技術可行性和經濟環境效益，加強產學研合作，不斷探索創新，實現油田地熱能的高效、安全、可持續開發利用。未來，隨著技術的不斷進步，油田地熱能有望成為重要的能源供應來源，迎來更加廣闊的發展前景[8]，為能源轉型和可持續發展作出貢獻。

 

參考文獻

[1]王社教,施亦做,方朝合,等.中國油田地熱開發利用現狀與發展方向[J].巖性油氣藏,2024,36(2):23-32.

[2]胡甲國,郭新鋒.我國地熱能開發利用情況及發展趨勢分析[J].太陽能,2018(5):16-19.

[3]范晴,鄧全偉,呂艷芳,等.河南油田開發地熱資源的探討[J].地質勘探,2000(3):10-12.

[4]王貴玲,楊軒,馬凌,等.地熱能供熱技術的應用現狀及發展趨勢[J].華電技術,2021,43(11):15-23.

[5]姚金劍.大慶油田廢棄井再利用途徑探討[J].管理·實踐, 2020(6):31-33

[6]吳曉東,張玉豐,韓國慶,等.井筒重力熱管室內實驗與礦場試驗研究[J].西南石油大學學報(自然科學版),2008(2): 140-143.

[7]劉思峰,謝乃明.灰色系統理論及其應用[M].科學出版社,2008.

[8]汪集旸.“地球充電/熱寶”——一種地熱開發利用的新途徑[J].科技導報,2018,36(24):1.

 

作者簡介：王天柱（1987—），男，碩士，高級工程師，研究方向：油氣田和新能源融合開發。

 

 

A Brief Discussion on the Development of Geothermal Energy in Oilfields

WANG Tianzhu1,SUN Moqiu1,HU Xiaobin1,WANG Chao2

(1.The Fifth Oil Production Plant of Huabei Oilfield Branch, PetroChina Company Limited, Xinji  Hebei  052300;

2.Technological Research Institute of Huabei Oilfield Branch PetroChina Company Limited, Renqiu  Hebei  062550)

Abstract:This paper discusses the related issues of oilfield geothermal energy development, elaborates on theimportance and feasibility of developing oilfield geothermal energy. Through the analysis of the geological characteristics of the oilfield and the potential of geothermal energy, the concept of "oil-heat symbiosis" based on the new energy development and transformation of oilfield enterprises in the process of oilfield development is proposed, and three technical routes of "oil-heat co-production" are proposed, which have achieved good economic benefits and formed a demonstration scenario of oilfield geothermal energy development, which has extensive adaptability and promotion value for the realization of the technological development of "oilfield to thermal field".

Key words:oilfield development;geothermal energy;oil-heat symbiosis;simultaneous extraction of oil and heat