松遼盆地北部地溫場特征及地熱能開發利用方向探討

李士平

（大慶油田有限責任公司勘探開發研究院，黑龍江 大慶 163712）

松遼盆地位于我國東北地區，長750km，寬330～370km，面積約26×104km2。盆地的沉積蓋層主要由侏羅系、白堊系、上下第三系和第四系組成，最大厚度達萬米，白堊系是盆地中最主要的沉積巖系，厚度大、分布廣，蘊藏著豐富的油氣資源，也存在十分可觀的地熱資源，開發利用前景十分廣闊[1]。

1 松遼盆地中低地溫場形成機制分析

據Girdler（1970）裂谷盆地形成理論和松遼盆地演化模式，松遼盆地的形成主要受地幔物質的熱動力引起上地幔物質上涌，引起莫霍面隆起、陸殼拉張變薄進而形成裂谷盆地[2]。由于地幔上拱，致使地殼拉張變薄，這為地殼深部的熱流或熱液上升提供了良好的渠道，從而增加了地幔對流的熱量，所以地幔熱源對流是盆地熱能的主要熱源[3-4]。總之，松遼盆地莫霍面隆起、上地幔上隆及殼內高導層的存在是地溫梯度及大地熱流值高的深部原因，基底花崗巖的廣泛分布為下部熱流為上覆蓋層傳遞創造良好的條件，同時，基底深大斷裂發育，可以成為深部熱源的良好通道。松遼盆地莫霍面埋深見圖1。

2 松遼盆地北部地溫場分布特征及影響因素

2.1 基底富鈾花崗巖是盆地局部高溫場熱源

松遼盆地北部基底巖性以泥質板巖、千枚巖、結晶灰巖等淺變質巖為主，同時還有片巖、片麻巖及花崗巖和閃長巖類，從巖石的導熱性方面來看，這些變質巖及侵入巖的熱導率相對較高，可以為下部熱流為上覆蓋層傳遞創造良好的條件。同時，基底深大斷裂發育，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[5-6]。

2.2 松遼盆地北部地溫場分布特征

圖2是利用油田1000多口探井測溫資料統計編繪的盆地北部地溫梯度等值線圖，從圖中可以看出，平均地溫梯度約為3.8℃/100m，地溫梯度高值區主要集中分布在蘭西—肇東—肇州—肇源以南和哈爾濱—雙城以北地區，最大值位于哈爾濱與肇源之間，達到5.4℃/100m，在林甸、泰康以南、齊齊哈爾以西、肇源西北處也發育局部高值區。地溫梯度隨深度增加而降低，盆地中部鉆孔測溫資料表明，在1000～2000m 深度內梯度為4.8℃/100m，當深度增至2500m 以深時，梯度降至3.0℃/100m，這主要是由于隨深度的增加，巖石密度增大，孔隙度減小和熱導率增加的結果[7]。

圖2 松遼盆地北部地溫梯度等值線圖

圖3 是利用油田多口探井測溫資料統計編繪的地層溫度與埋藏深度關系圖，從圖中可以看出，埋深1000m、2000m、3000m 深處的平均地溫分別為40℃～50℃，70℃～80℃和90℃～110℃，而且隨深度的增加，溫度逐漸增高。地層溫度與深度的變化具有很好的線性關系，2700m 以上為低溫區，2700 ～4400m 為中溫區，4400m 以下為高溫區，通過地溫場特征分析表明，松遼盆地北部為地溫的高值區，地熱資源豐富，開發利用前景廣闊[8]。

圖3 松遼盆地北部地層溫度與深度關系圖

3 地熱儲層特征

據油氣勘探資料表明，青山組的底部青一段、嫩江組的底部嫩一、二段分別處于最大沉降期時所形成的半深—深湖相沉積，沉積穩定，泥巖純而且厚度大、分布面積廣，封蓋性能好，是非常好的區域性隔水層。另外，據油田探井揭示，泉頭組二段也發育一套較好的全區分布的泥巖，也可作為區域隔水層。由此，可依據隔水層將熱儲劃分為上、中、下三套熱儲層體系，其中以中部熱儲為重點。

4 松遼盆地北部地熱能開發利用方向探討

松遼盆地北部純地熱水的資源主要集中在大慶市區、林甸、杜蒙等三個地區，除了純地熱水資源，大慶油田在實際生產中伴隨原油的采出水溫度在35℃～42℃之間，且產量巨大，如果能將純熱水資源和油田采出水的熱量加以利用，那么大慶油田地熱資源的利用將有更加廣闊的前景。

4.1 純地熱水資源綜合利用方向

松遼盆地北部純地熱水資源主要用于采暖供熱、洗浴療養、農業種植、水產養殖、礦泉水生產以及房地產開發等方面。純地熱水資源開發利用有兩種方式：打新地熱井和改造資產報廢井。考慮到大慶油田的實際，從節約成本、變廢為寶的角度出發，不提倡打新井，而是側重通過對資產報廢井改造，積極開展“修舊利廢”工作，是純地熱水資源開發利用的有效途徑。1999年始，林4、林深1、李3、薩49 等4 口井已經被開發利用，并取得了較好的經濟效益，也展示了改造資產報廢井用于純地熱水資源開發利用具有非常廣闊的前景[9]。

4.2 油田采出水資源綜合利用方向

目前大慶油田原油開發已經進入高含水后期，原油生產中伴隨原油的采出水量也呈上升趨勢。據油田開發資料統計，年采水量超過4.33×108m3，若按提取10℃溫差熱能計，相當于54.18×104t標準煤。通過油田采出水的分布情況分析，老區的薩爾圖、喇嘛甸、杏樹崗油田是油田的主要產油區，也是采出水的主要產區，這些油田原油伴隨采出水占全油田總油田采出水的96.4%。因此，這些處于油田設施、礦區辦公和居民樓相對密集的地區，每年將消耗大量的熱能用于油田設施伴熱和居民采暖，如果能將油田采出水的熱量加以利用，將會節省數目可觀的煤或油氣燃料[10]。

近幾年來，大慶油田在利用油田采出水供暖方面也積極地開展了一些工作，特別是采油二廠、三廠、九廠采用熱泵技術利用油田采出水地熱資源解決了部分油田基礎設施，如注水站、辦公樓等的供暖，取得了較好的效果[11]。

熱泵技術是一種高效節能的可再生能源利用技術。熱泵工作原理圖，如圖4所示，熱泵本身不是能源，而是開發利用熱能的工具，輸入少量的電能，就能把熱量從低溫物體轉移到高溫物體的裝置。熱泵的制熱系數一般在3.8～4.3之間。

圖4 壓縮式熱泵工作原理圖

采油二廠第五作業區熱泵裝置為作業區辦公樓、廠房、車庫等單位供熱和制冷，受益面積為8529m2；采油三廠采用水源熱泵技術，利用油田采出水為三廠機關樓、食堂、招待所、活動中心等單位供熱和制冷，受益面積17218m2。實踐證明，采用熱泵技術利用油田采出水可以實現民用、油田基礎設施供暖及工藝管道伴熱等。采用熱泵技術將油田采出水的熱能提取，較好地滿足油田生產、生活的供熱需求，具有一定的節能效果；同時減少了CO2排放，達到節能減排的效果。

4.3 松遼盆地北部地熱能開發利用方向探討

從目前松遼盆地北部地熱資源類型來看，若要開發市區北郊及林甸等地熱資源為油田服務，需要大范圍新鉆地熱井，長距離鋪設熱水輸送管網；同時仍需要鋪設管道及回注泵站，將熱量提取后剩余水仍輸送并回灌地熱儲層，投資巨大。而油田采出水地熱資源水量大且水溫穩定，采出水處理及輸送系統已經相對完善，并有很多成功的先例，熱量提取后的污水可利用已建注水系統直接回注地層。因此，開發利用油田采出水熱能投資少，見效快，技術及經濟風險相對較低。即要講究眼前效益，更要放眼長遠利益，實現松遼盆地北部地熱資源開發利用的可持續發展。

5 結論

（1）松遼盆地莫霍面隆起、上地幔上隆及殼內高導層的存在是地溫梯度及大地熱流值高的深部原因。

（2）基底花崗巖的廣泛分布為下部熱流為上覆蓋層傳遞創造良好的條件，同時，基底深大斷裂發育，可以成為深部熱源的良好通道。

（3）以嫩江組一、二段泥巖、青一段泥巖和泉二段泥巖作為隔水層，將熱儲劃分為上、中、下三套熱儲層體系，以中部熱儲為重點。

（4）純地熱水資源開發利用以改造資產報廢井為主，以新打地熱井為輔；油田采出水資源通過熱泵技術實現民用、油田基礎設施供暖及工藝管道伴熱等。