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石油人头戴钢盔闯“地热”

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  来源:《地源热泵》杂志     发布日期:2018-01-03
核心提示:在全国使用清洁能源的大趋势下,油区地热资源的再利用也已提上日程,包括大庆油田、胜利油田、华北油田、中原油田等在内的多个油田都在部署新一轮攻关。对石油人而言,在油田开发地热及发展余热利用就是“近水楼台先得月”,有其天然优势。
      “十三五”期间,我国地热开发将按下“快进”键。在全国使用清洁能源的大趋势下,油区地热资源的再利用也已提上日程,包括大庆油田、胜利油田、华北油田、中原油田等在内的多个油田都在部署新一轮攻关。对石油人而言,在油田开发地热及发展余热利用就是“近水楼台先得月”,有其天然优势。

      宽阔的肩膀,黝黑的皮肤,红色工作服,黄色安全帽,这是石油人的长相。提起石油人,让人会想起以石油工人王进喜为代表的大庆精神、铁人精神。油田的地下除了有石油,还有丰富的地热资源。在中国能源结构转型、清洁低碳发展的大背景下,如今石油人已在地热能领域闯出了一条新的发展道路。

      能源转型势在必行

      在环境保护呼声日益强烈,绿色低碳发展成为共识的情形之下,非化石能源占比较当前将有大幅提升,这是中长期我国能源结构转型最为显著的变化。在能源转型的大背景下,作为传统的能源大户石油企业也在积极思考着自己的发展之路。

      2017年11月28日-29日,由河北省石油学会、北京石油学会、天津市石油学会共同主办的“京津冀协同发展-中低温地热利用技术高端论坛”在北京召开。大会围绕地热能的发展应用,尤其是石油企业在地热能领域发展前景做了交流探讨,与会嘉宾给予了石油企业未来发展新的路径。

      此次,三大石油学会联合召开的地热能利用技术高端论坛,媒体评论认为,“这是石油企业有针对性的首次高规格聚焦京津冀地热能开发应用的论坛”,释放出石油人大力拓展开发地热能市场的强烈信号。

      其实早在2016年11月17日,中国石化集团公司总经理戴厚良在出席由中国工程院、中国石油化工集团联合主办“第240场中国工程科技论坛、2016·中国地热国际论坛”的讲话中明确指出:“中国石化‘十三五’期间将在全国再造20座无烟城,实现新增供暖、制冷面积1亿平方米。”

      毋庸置疑,石油人已着手大力进军地热能领域了!“这是必然趋势。”中国石化经济技术研究院罗佐县博士以简洁的语言肯定了石油人布局地热能市场的行动。

      低碳经济、绿色发展、清洁环保已成为全球能源新格局的表现特征。罗佐县博士分析称,“全球能源新格局的出现将对传统能源企业尤其石油公司的战略决策产生重要影响,石油公司转型战略的制定和实施须遵循世界能源转型规律。”

      中国政府高度重视并致力于推动能源转型变革,确立了能源绿色低碳发展目标:到2020年,非化石能源占一次能源消费总量的比重达到15%左右;到2030年,非化石能源占一次能源消费总量的比重达到20%左右。

      当前全球能源转型进一步提速,新一轮能源革命正在孕育成长,可再生能源在全球能源体系中的作用发挥越来越大。而地热能作为一种具有重要竞争力和独特优势的可再生清洁能源,发展地热产业对于调整能源结构、节能减排、改善环境具有重要意义。

      “那种认为石油公司继续从事石油业务没有前途的看法可能有些过于悲观了。”罗佐县博士告诉记者,“面对非化石能源的大发展,石油公司作为传统能源企业,自然也不会无动于衷,进军这一领域抢占市场先机和发展的制高点非常有必要。”

      中国石油勘探开发研究院新能源室高级工程师闫家泓告诉记者,为实现石油公司向综合性能源公司转化的目标,中石油正致力于多种清洁能源的发展,积极寻找新的业务增长点,保持公司可持续发展。

      罗佐县分析称,未来石油公司转型发展之后的主要业务将是油气和非化石能源。具体到发展路径,无论是发展油气业务还是非化石能源则会出现许多颠覆性变化,这是不以人的意志为转移的,也是今后石油公司转型问题的核心所在。

      罗佐县说,过去,人们对大型跨国石油公司从事非化石能源的做法很多是抱有做做样子的看法。但随着全球对绿色低碳发展道路认识趋于一致, 罗佐县相信这种“做做样子”将会越来越多的转发为实际行动。

      华北油田公司副总经理朱庆忠认为,地热能作为一种可再生的能源,越来越受到各国的重视,其清洁环保的特点更符合社会发展的需求。“大力发展地热产业,不仅对能源结构调整、转变经济发展方式、实现节能减排具有重要意义,而且也是构建生态文明、实现绿色发展、循环发展、低碳发展的重大举措。”

      石油人的“新饭碗”

      2017年年初,作为我国首个地热能的五年规划——《地热能开发利用“十三五”规划》出台。“首次编制地热能发展规划,充分体现了中国能源转型的大趋势以及中国政府践行清洁低碳能源发展路线的坚定决心。”中国工程院院士、中国地源热泵产业联盟名誉理事长曹耀峰肯定了地热能规划出台的重大意义。

      在国家《地热能开发利用“十三五”规划》颁布实施的大背景下,到2020年,我国地热能利用总量将达7000万吨标煤,地热供暖年利用量将达4000万吨标煤,我国地热产业迎来千载难逢的发展机遇和新的春天。这对于同擅长与地球打交道进行“入地”攻关的中国石油、中国石化人来讲,无疑也带来了新的机遇。

      业内人士介绍,多年的油气勘探与开发,石油企业对地下资源的掌握,钻井、开发、热水输送、水质处理及现有设施方面,比其他行业有更近的亲缘关系和有利条件,并拥有资源优势、工程技术优势和设备优势,地面管线也成熟。这对石油人开发利用地热能来讲具有很大的优势。

      以中石化新星公司为例,早在2009年该公司就与雄县政府合作,实施地热代替燃煤供暖,成功将雄县打造为全国首座“无烟城”。 2014年2月,国家能源局在雄县召开全国地热能开发利用现场会,推广地热代煤取暖的“雄县模式”,认为“雄县模式”技术上成熟、经济上可行。自此地热能开发利用的“雄县模式”得到国家能源局的认可并大力推广开来。

      中国石化还积极参与碳减排国际交易项目,形成全球第一个地热供暖碳资产方法学(修改)。2012年3月成功注册咸阳CDM项目,这是全球首个地热供暖CDM项目,2013年雄县CDM项目注册成功。

      2017年4月1日,国家公布设立“雄安新区”后不久,中国石化新星公司在河北雄县召开现场会,研究部署打造“雄县模式”升级版、为雄安新区提供“地热+多种清洁能源”的具体措施,计划2017年在雄安新区新增清洁能源供暖面积1000万平方米左右,使中国石化在雄安新区的清洁能源供暖面积达到1600万平方米以上,在河北省的清洁能源供暖面积达到2800万平方米以上。

      随后4月21日,中国石化集团公司董事长王玉普、总经理戴厚良在石家庄会见河北省委书记,就进一步发挥中石化在雄安新区地热供热领域的资源优势、技术优势和市场优势进行了交谈。

      目前,中石化公司已在中国16个省份拥有地热设施,其中在河北的地热发展区域扩展到容城、博野、辛集、东光、故城等15个市(县)区,河北供暖能力达1500万平方米,其中雄安新区的雄县、容城两县达580万平方米。

       在成功开展地热供暖的同时,石油企业还推进油田余热利用、地热发电、地热农业等业务,中国石化启动博野“发电+工业应用+供暖+现代农业”一体化地热梯级利用国内首例国家示范工程,为石油企业开发地热持续探路。

       与此同时,中国石油也没有闲着。在地热国际市场,中国石油长城钻探公司已走出国门寻找新机遇,自2007年进入肯尼亚地热钻探服务市场至今,据不完全统计,已累计签订合同达7.5亿美元,完成钻井151口,占肯尼亚目前地热钻井数的72%。

      通过肯尼亚的高温地热钻井服务市场,长城钻探已在国际上产生了一定的影响力,在国内的高温钻井领域处于领先地位。这是传统石油企业积极寻找新的业务增长点、保持公司可持续发展的又一成功探索。

      前不久,中国科学院院士汪集旸在撰写的《中国油田地热研究的进展和发展趋势》的文章中介绍,油田地热是地热学的一门重要分支学科,它主要涉及含油气盆地的今、古地温状况,盆地热历史及其与油气形成的关系。近年来,油田地热的研究也拓展到油气区地热资源的勘查和地热能的开发利用等方面。 

      汪院士介绍,我国系统的油田地热研究始于20世纪80年代初,经过各部门广大科研人员近30年的不懈努力,在我国大陆地区获得了高质量的大地热流数据1246个,新版的热流数据汇编结果和热流图即将完成,基本廓清了我国主要沉积盆地大地热流背景。

      据记者了解,油区内拥有丰富的地热资源。在含油气盆地中,地下水与油气、地热能三者相互依存,往往含油层就是热储层,油气田就是地热田,油田开发采出的热水也是地热资源一部分。初步测算,中石油探区主要盆地地热资源量约占全国地热资源总量的70-80%。

      那么对于传统石油企业而言,应如何将潜力巨大的地热资源变为转型新契机,让老油田重新焕发生机?汪院士告诉记者,我国200米至3000米地热主要集中在松辽、渤海湾、苏北等大型沉积盆地。在这些中东部大型油气盆地,很多老油田已经到开发后期,面临资源接替难题。能否将潜力巨大的地热资源变为企业转型的新契机,让油田变热田,让老油田重新焕发生机,值得高度重视。从大庆、胜利再到辽河、中原等油田都在探索,而且取得了初步成效。

      中国石油勘探开发研究院新能源室高级工程师闫家泓介绍,上世纪90年代,华北油田最早建立了我国油区地热资源评价办法。她向记者展示的《关于华北地区地热项目调研情况的报告》显示,华北油田地热资源具有水质好、易回灌、温度高、水量大等特点。据勘探院初步测算,华北油田地热资源量折合2422亿吨标煤,占全国资源量的28.4%,年可利用量约为1.68亿吨标煤。

      据记者了解,中石油矿权区主要分布在松辽盆地、渤海湾盆地、鄂尔多斯盆地、四川盆地、柴达木盆地、准噶尔盆地、塔里木盆地吐哈盆地、二连盆地、三塘湖盆地、酒泉盆地等。其中,中石油重点在渤海湾盆地的华北油田、辽河油田和松辽盆地的大庆油田开展了地热开发利用研究与工程项目。

      中石油开展地热研究历史悠久。1995-1998年作为前期研究阶段,主要研究了京津冀油区地热开发利用;2003-2010年为技术跟踪、方案研究与发展规划阶段,主要为中国石油可再生能源发展战略研究、中国石油新能源技术储备与可行性研究、中国石油可再生能源技术应用与节能集成示范工程研究等;“十二五”期间,进行了油区地热资源评价及综合利用技术研究与工程示范、中石油地热资源规划和地热水回灌及热效率利用研究、华北油田中低温地热发电、中石油地热能开发利用业务潜力研究;“十三五”期间,中石油将开展油区地热资源综合开发利用及经济性评价,持续开展地热能开发利用基础研究、技术攻关、示范工程,建立不同规模地热田和不同开发方式下的经济评价模型。

      闫家泓还向记者透露,中石油目前正在开展的地热工作包括:中石油主要含油气盆地地热资源评价、油田地热开发经济评价模型建立、地热资源综合物化探勘查与评价技术、油田产出水余热利用与直接换热示范工程、油田地热采暖替代燃油燃气锅炉工程、地热资源勘查评价及开发利用等相关标准制定。

      油田余热“变废为宝”

      业内人士告诉记者,油田采出水余热资源利用潜力大。每年油田开发过程采出水量高达6.8亿立方米,脱油污水的温度一般在30~50℃,是油田地热的重要组成部分,可以直接用于居民生活采暖、稠油热采、原油集输等提供热能。以提取10℃的热能计算,每年可节约129万吨标煤。

      中国石化经济技术研究院博士罗佐县介绍,我国大多数油田经过多年开发已相继进入中后期,维持老油田产量稳定势必将继续产生大量的污水,只有将这些污水持续利用好方能持续地开展“变废为宝”,践行可持续发展道路。

      国家能源局等四部门曾在2013年联合发布《关于促进地热能开发利用的指导意见》,明确提出在做好环境保护的前提下,将促进浅层地热能的规模化应用。《意见》鼓励在资源条件适宜地区大力发展再生水源热泵(含污水、工业废水等)技术,旨在促进地热事业全面发展。油田污水余热利用归属于浅层地热能,在此鼓励发展范畴之列。

      2017年年初,国家发改委、国家能源局、国土资源部联合编制印发《地热能开发利用“十三五”规划》,胜利油田余热利用亦被纳入其中,引起油田企业的广泛关注。按照规划,“十三五”期间油田将建设地热余热项目87个(余热项目56个,地源热泵项目21个,地热项目10个),实现民用地热余热供暖(供冷)面积1029万平方米,实现工业油气集输系统利用可再生能源替代油田燃油、燃气量60%。目前,胜利油田正加速布局绿色低碳发展,全力打造“绿色名片”。

      中国石油勘探开发研究院新能源室高级工程师闫家泓向记者介绍,华北、辽河、大庆等油田实施的一批地热能开发利用项目,利用油气开发过程中的伴生水余热资源或废弃井改造为地热井,用于生活采暖、输油伴热、管道清洗等,节约了大量燃油、燃气、燃煤,经济效益和社会效益显著。

      罗佐县表示,污水资源所挟带的热量进行有效利用是实现油田循环经济发展,改善经营效率的重要手段。“因此就发展趋势而言,油田污水余热利用今后应该有更大的发展潜力。” 

      近年随着余热利用规模的扩大和技术进展,油田余热利用领域正在一步步向外延伸,由服务油田内部转向服务油田之外的民用采暖,市场化经营程度日益提升,油田的污水余热利用已经成为油田的一项处于起步阶段的产业。

      目前国内油田启动的油田污水余热供暖项目已有不少成功案例。埕东联合站是胜利油田最大的采油污水处理站,日处理污水58000m3,站内原油加热及冬季采暖由5台2300kw加热炉提供,年耗天然气653万方,年加热成本1800余万元。采用“换热+二类吸收热泵”技术,提取污水(56℃)余热替代燃气加热炉。

      罗佐县博士近期调研的某油田污水余热利用项目给他留下深刻的印象。罗佐县介绍,该项目采用BOO模式,由油田之外的节能技术服务商负责投资、建设、运营,油田每年给服务商支付一定的费用。项目建成之前,该油田主要用天然气加热原油,每年的支出较高。余热利用项目建成之后,改用油田污水热源加热原油,成本较之前有大幅下降。

      2015年8月,油田出台地热余热资源开发利用项目管理办法。该办法对确保依法合规、高效推进地热余热资源开发具有十分重要意义,也将为实现油田绿色低碳和节能减排、增效创效作出积极贡献。

      按照中石化绿色低碳战略部署和对地热余热产业发展要求,胜利油田加快地热余热资源开发利用步伐,推动转型发展,通过“项目带动、示范引领”,促进油田地热余热资源开发利用。如今,在油田节能减排、降本增效和用能结构调整中,地热余热开发利用正发挥着越来越重要的作用。

      关于油田污水余热利用及未来的油田地热深度开发方向,中国石化经济技术研究院博士罗佐县撰文指出,首先是地热的应用领域会逐渐得以拓展,污水余热利用与之后的地热开发服务领域应该是生产用热、民用采暖和发电。其次,未来污水余热及中深层地热开发应该与油田所在地分布式能源及微电网的建立结合起来,按照多能互补与协同发展的思路予以推进。充分融合地热能、风能、太阳能、油田污水余热等能源,实现高效运行与统筹,在满足油田自身能源需求之外,还可以与外部能源网络实现联通,成为油田绿色能源供应链的重要组成部分,也是成为油田持续转型的方向与亮点。

      废弃油井的开发利用

      在积极利用油田污水余热的同时, 油田在勘探开发过程中也遗留下了数以千计的废油井,将这些井加以技术改造,使之成为有开发价值的地热井, 将大大节约投资成本,具有广阔的应用前景。

      何为废弃油井?记者了解到,废弃油井包括被认为无开采价值的油气井(俗称干井),和经过若干年的开采生产后,已无开采价值的油气井(也称弃井)。废弃油井若封堵措施不到位可能导致安全隐患或泄露而破坏环境。

      业内人士表示,在油田的开发后期,一些油井被废弃。据粗略统计,全国现有几千眼废弃的油井,如能将这些废弃油井经过技术改造,使之成为地热水井,不但能变废为宝,还可节省大量的钻地热井成本和时间,起到事半功倍的效果。

      据大庆、辽河油田报废井井况调查,大约10%的报废探井、5~6%的报废开发井可以改造用于地热能开发,其中,大庆、辽河油田共有报废井11985口,改造后可用于地热井825口。

      利用油区报废井开展地热开发,可节省约2/3的开发成本。按照当前每口地热井钻井费用600万元测算,仅大庆、辽河利用废弃油井开发地热就可节约地热能钻井成本33亿元。

      业内人士还提醒,在废弃油井的改造过程中,必须结合地热供暖与综合利用的特殊性进行设计。由于不同的废弃油井的地质条件、油层参数、供暖用户需求、供暖距离、井身结构、井网布局等方面均有不同,因此,不能照搬照抄现成的工程实例。

      就今后油田的发展而言,罗佐县表示,转型绝不是简单地对原有的油气田勘探开发业务进行否定和推翻,而应是在进一步挖潜目前主营业务油气勘探开发效率的基础上渐进式地引入新的生产要素并由此形成新业务。而当下石油人开发地热能已成为一种必然的趋势。

      加强地热人才培养也将为地热“十三五”规划完成积蓄力量。中国石油大学网站于2016年11月28日发布消息称,教育部和国家外国专家局联合发布了《关于2017年度新建高等学校学科创新引智基地立项的通知》,石油大学石油工程学院负责人申报的“深部地热资源开发基础研究学科创新引智基地”项目获批立项,建设周期为5年,每年度支持经费不低于180万元,这是我国地热能源开发领域第一个引智基地。

    “油田区具有丰富的地热资源且油田地质资料丰富、可利用的废弃井数量大,地热资源开发的潜力巨大。”对于油田地热发展的不足,汪院士也提出了自己的看法:全国地热资源虽然经几轮评价,但基数仍然不清,特别是大型含油气沉积盆地中的地热资源量尚未得到进一步评价。我们要加强对热田成热机制和油田地热资源评价的研究,为油田地热的开发利用提供基础和保证。

      相信在国家相关政策支持,在科研院所、油田等各方努力下,万众期待的油田地热的春天正悄然向我们走来。(文/代海雷)

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