渤海海域地热资源特征及储量评价.pdf

2023 年第 10 期2023 年 10 月地热能是一种绿色、低碳、可循环利用的清洁能源，具有储量大、分布广、清洁环保、稳定可靠等特点1-2。中国地热资源十分丰富，利用前景广阔。地热与油气的生成和演化密不可分，油气生成的过程就是盆地热演化的表现。海上油气田众多，同时发育大面积潜在优质地热田3。当前，国内把地热研究重点均放在陆上，海上地热研究尚属起步阶段。对渤海湾盆地海上地热资源进行评价，对海上地热的合理开发利用有着重要意义。1区域地质概况渤海海域位于渤海湾盆地的东部，其面积达7.2104km2，占全盆地面积的 1/3，根据区域位置，又可将渤海海域分为辽东湾、渤东、渤南、渤西和渤中5 个区块。渤海湾盆地以断裂活动为主的多期构造活动，最终形成了隆坳相间、多凸多凹的基本构造格局。渤海湾盆地内部发育有 6 个坳陷，自东北向西南依次是辽河坳陷、渤中坳陷、济阳坳陷、黄骅坳陷、冀中坳陷和临清-濮阳坳陷；有 2 个隆起，即中部偏西的沧县隆起和中部的埕宁隆起4-5。其周边被四大隆起区所环绕，即胶辽隆起区、鲁西隆起区、太行山隆起区和燕山褶皱带（见图 1）。2地热地质条件2.1热储特征渤海海域新生界地层是目前可利用的主要地热储层，其自老至新地层分布为：古近系孔店组、沙河街组、东营组，新近系馆陶组、明化镇组和第四纪地层。周缘发育的凸起上其物源区岩性特征具有明显的差异，由于沉积演化总体上从内源沉积向外源沉积转变，进而导致不同区域储层分布与岩性特征的差异6。孔店组上部为灰色泥岩夹薄层灰岩，下部以紫色泥岩为主，夹灰色泥岩及灰白色砂岩。孔隙度范围主要为8%20%。收稿日期：2023-03-14第一作者简介：韩冬，1987 年生，男，江苏邳州人，硕士，工程师，主要从事地热资源勘探与开发工作。渤海海域地热资源特征及储量评价韩冬，王若璇（中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452）摘要：渤海湾盆地所在的京津冀地区是中国重要的中浅层水热型地热开发区域袁 同时是一个中-新生代的大型含油气盆地遥 根据海上石油钻探结果袁 阐述了渤海海域新生界热储特征遥 研究区的地温梯度主要分布在 28 耀 32 益/km袁 大地热流值变化范围为 33.5 耀 84.0 mW/m2袁 平均为渊60.8 依 8.7冤 mW/m2遥 利用热储体积法估算新生界热储中储存的热量总计为4.5 伊 1021J袁 折合成标准煤为 1.6 伊 1011t遥 建议渤海海域地热资源利用以地热水驱油和海上地热发电为主袁 利用前景十分广阔遥 研究为渤海海域地热资源评价及开发利用提供了借鉴遥关键词：渤海海域曰 地热资源曰 储量评价中图分类号：P314.2文献标志码：A文章编号：2095-0802-(2023)10-0067-04Characteristics and Reserves Evaluation of Geothermal Resources in BohaiSea AreaHAN Dong,WANG Ruoxuan(CNOOC EnerTech-Drilling&Production Co.,Ltd.,Tianjin 300452,China)Abstract:The Beijing-Tianjin-Hebei region,where the Bohai Bay Basin is located,is an important middle-shallow hydrothermalgeothermal development area in China,and is also a large oil and gas bearing basin of the Meso-Cenozoic era.Based on theresults of offshore oil drilling,the characteristics of the Cenozoic thermal storage in the Bohai Sea area were elaborated.Thegeothermal gradient in the study area is mainly distributed between 28-32 益/km,and the variation range of geothermal flowvalue is 33.5-84.0 mW/m2,with an average of(60.8 依 8.7)mW/m2.Using the heat storage volume method to estimate the totalamount of heat stored in the Cenozoic thermal storage is 4.5 伊 1021J,equivalent to 1.6 伊 1011t of standard coal.It is suggestedthat the utilization of geothermal resources in the Bohai Sea area should mainly focus on geothermal water for oil displacement andoffshore geothermal power generation,with a very broad utilization prospect.This study provides a reference for the evaluation anddevelopment of geothermal resources in the Bohai Sea area.Key words:Bohai Sea area;geothermal resources;reserves evaluation（总第 217 期）能源产业672023 年第 10 期2023 年 10 月注：（1）为大民囤油田，（2）为曙光油田，（3）为欢喜岭油田，（4）为绥中 36-1 油田，（5）为秦皇岛 32-6 油田，（6）为埕岛油田，（7）为孤东油田，（8）为孤岛油田，（9）为胜坨油田，（10）为商河油田，（11）为北大港油田，（12）为任丘油田，（13）为东濮油田。图 1渤海湾盆地一级构造单元分布图沙河街组砂岩类型为长石砂岩、长石石英砂岩为主，其中沙河街组三段以长石砂岩、长石岩屑砂岩为主，孔隙度主要为 10%20%；沙河街组一段二段主要以岩屑砂岩为主，孔隙度范围主要为 10%30%。东营组以长石砂岩、岩屑长石砂岩为主，其中东营组三段主要发育辫状河三角洲及扇三角洲相，孔隙度范围主要在 10%25%之间；东营组二段以岩屑长石石英砂岩、长石砂岩、岩屑长石砂岩为主，主要发育曲流河三角洲及辫状河三角洲相，孔隙度范围在 15%30%之间；东营组一段主要发育辫状河三角洲和扇三角洲相，储层物性普遍较好。馆陶组的特征是砂岩含量高（60%90%）、单层厚度大、结构和成分成熟度较差、泥质胶结疏，其岩性特征可分为两种类型：辽东湾是一套具有箱状电阻率的厚层状杂色砂砾岩夹薄层紫红色泥岩，厚度为200 m 左右；其他地区为砂泥岩不等厚互层，具有上下岩性粗、中间细的特征。馆陶组储层孔渗条件好，其砂岩和含砾砂岩孔隙度平均为 15%30%，渗透率最大为 4.200滋m2，平均为 0.0151.400滋m2，属高孔高渗储层。明化镇组以灰白色粗砂岩、含砾砂岩、砂砾岩为主夹灰绿色、棕红色泥岩。明化镇组下细上粗的特点明显，上下两分，称为明下段和明上段。明下段岩性较细，由砂岩与泥岩段间互组成，含有较丰富的多门类的水生动、植物化石；明上段岩性较粗，基本上由高电阻厚层砂岩夹厚度不等的泥岩组成。其孔隙度为 26.5%31.5%。2.2地温场特征地温场在盆地演化和油气生成中有着重要的作用，研究地温场特征不但对油气勘探具有指导意义，而且在地热资源勘探中起着至关重要的作用。2.2.1地温梯度特征渤海海域现今地温场平面分布存在差异，新生界地层的地温梯度分布特征与盆地基底构造展布相似，呈带状分布7-9。在凸起部位形成地热异常高点，而在凹陷中心一般地温梯度较低。以沙垒田凸起、石臼坨凸起、渤南凸起等地温梯度较高，主要为 3040/km，黄河口凹陷、岐口凹陷、秦南凹陷、辽东湾凹陷大部以及渤中凹陷周边地区地温梯度分布相似，主要在2630/km 之间，渤中凹陷与辽中凹陷北洼新近纪沉降幅度最大，凹陷地温梯度最低，一般低于 26/km（见图 2）。图 2渤海海域地温梯度分布图2.2.2大地热流特征渤海海域大地热流值变化范围为 33.584.0 mW/m2，平均为（60.88.7）mW/m2，接近于中国大陆地区的平均热流值。渤南凸起、石臼坨凸起和沙磊田凸起的热流值较高，为 7080 mW/m2；秦南凹陷、渤中凹陷、黄河口凹陷热流值次之，为 6575 mW/m2；庙西、沙南、辽东湾、莱州湾、埕北、歧口等地区热流值较低，一般在 65 mW/m2以下。2.2.3现今地温场特征根据渤海钻探结果，在 1 000 m，2 000 m，3 000 m和 4 000 m 深度地温分布特征是不一样的，主要有以下444240363432302826地温梯度/（益 km-1）海岸线；等值线。0 20 40 60 80 km（1）（2）（3）（4）（5）（6）（8）（9）（10）（11）（12）（13）（7）682023 年第 10 期2023 年 10 月表 1渤海海域一级构造单元地热资源量计算结果表构造单元面积/km2热储层温度/益储层深度/m岩石热量/J流体热量/J总热量/J折合标准煤/t埕宁隆起（海域）12 371481 0007.7 伊 10192.5 伊 10191.0 伊 10203.5 伊 109752 0001.4 伊 10204.6 伊 10192.1 伊 10207.1 伊 1091153 0002.4 伊 10207.7 伊 10193.1 伊 10201.1 伊 10101404 0003.0 伊 10209.6 伊 10193.9 伊 10201.3 伊 1010辽东湾坳陷（海域）13 610481 0008.5 伊 10192.7 伊 10191.1 伊 10203.8 伊 109752 0001.6 伊 10205.0 伊 10192.1 伊 10207.1 伊 1091153 0002.6 伊 10208.5 伊 10193.5 伊 10201.2 伊 10101404 0003.3 伊 10201.1 伊 10204.3 伊 10201.5 伊 109渤中坳陷16 484481 0001.0 伊 10203.3 伊 10191.4 伊 10204.6 伊 109752 0001.9 伊 10206.1 伊 10192.5 伊 10208.5 伊 1091153 0003.2 伊 10201.0 伊 10204.2 伊 10201.4 伊 10101404 0004.0 伊 10201.3 伊 10195.3 伊 10201.8 伊 1010济阳坳陷（海域）9 506481 0005.9 伊 10191.9 伊 10197.8 伊 10192.7 伊 109752 0001.1 伊 10203.5 伊 10191.4 伊 10204.9 伊 1091153 0001.8 伊 10205.9 伊 10192.4 伊 10208.3 伊 1091404 0002.3 伊 10207.4 伊 10193.0 伊 10201.0 伊 1010黄骅坳陷（海域）4 389481 0002.7 伊 10198.8 伊 10183.6 伊 10191.2 伊 109752 0005.0 伊 10191.6 伊 10196.7 伊 10192.3 伊 1091153 0008.4 伊 10192.7 伊 10191.1 伊 10203.8 伊 1091404 0001.1 伊 10203.4 伊 10191.4 伊 10204.8 伊 109合计3.4 伊 10211.1 伊 10214.5 伊 10211.6 伊 10114 个特点：1)渤海海域在 1 000 m 深度温度为 4055，沙垒田、石臼坨、垦东和渤南凸起一带是高温地区，平均温度 50 以上；2)2 000 m 深度的温度为6090，其中在垦东凸起和沙垒田凸起温度可达90 以上，辽东湾局部也出现 90 以上异常高温区；3)3 000 m 深度的温度为 90140，垦东凸起、沙垒田凸起、渤南凸起和石臼坨凸起局部存在 120 以上的高温区，渤中、歧口、沙南等凹陷温度大多在 100 左右；4)4 000 m 深度的温度为 120160，石臼坨、沙垒田、渤南和垦东凸起存在 160 以上的异常高温区，渤中凹陷大部地区温度为 120140。3地热资源量估算本次研究采用热储体积法来估算渤海海域 5 个一级构造单元的地热资源量，为了便于估算，选取深度1 000 m，2 000 m，3 000 m 和 4 000 m 进行地热资源量计算。热储体积法计算的资源量包括两部分，一部分是地层岩石的热量，另一部分是热储中地热流体的热量。根据中华人民共和国地质矿产行业标准DZ/T03312020 地热资源评价方法及估算规程，采用热储体积法估算地热资源储量的基本公式为：Q=Qr+Qw，(1)Qr=AM籽rcr（1-渍）（tr-t0），(2)QL=Q1+Q2，(3)Q1=A渍M，(4)Q2=ASH，(5)Qw=QLcw籽w（tr-t0），(6)式中：Q为热储中储存热量的数值，单位 J；Qr为地层岩石中储存热量的数值，单位 J；Qw为水中储存热量的数值，单位 J；QL为热储中储存水量的数值，单位 m3；Q1为截至计算时刻热储孔隙中热水静储量的数值，单位 m3；Q2为水位降低到目前取水能力极限深度时热储所释放水量的数值，单位 m3；A为计算面积的数值，单位 m2；M为热储厚度的数值，单位 m；籽r为热储岩石密度的数值，单位 kg/m3；cr为热储岩石比热容的数值，单位 J/（kg ）；渍为热储岩石孔隙度的数值；tr为热储温度的数值，单位；t0为当地年平均温度的数值，单位；S为导水系数；H为计算起始点以上高度的数值，单位 m；cw为水的比热容的数值，单位 J/（kg ）；籽w为地热水密度的数值，单位 kg/m3。根据规范计算出 5 个一级构造单元地热资源量结果如表 1 所示。渤海海域新生界热储岩石中储存热量为 3.41021J，地热流体储存热量为 1.11021J，热储中储存的热量总计为 4.51021J，折合成标准煤为 1.61011t。4渤海海域地热资源利用建议4.1地热水驱油稠油因黏度高而开采难度大，海上稠油的开发被认为是世界性难题。近年来，因油价的持续走高和稠油资源量巨大，稠油的开发引起越来越多人的关注10-11。热水驱油是利用冷水和热水非混相驱替原油的原理，提高地层温度以降低稠油的黏度是注热水提高采收率的主要原因。调研国内外稠油油藏热水驱应用效果，热水驱油采收率提高 5.18.9 百分点。陆地油田大部分已利用热水驱油的方法开采，效果明显，但海上韩冬，等：渤海海域地热资源特征及储量评价692023 年第 10 期2023 年 10 月5.2.3加大扶持绿色能源开发及运用相关技术技术开发前期需要大量投入，企业凭借自身资金难以承担。政府加大对技术开发的扶持，可以激励企业对技术的创新。6结束语江西铜业可从以上路径入手，制定系统的实施方案，使矿山开发与生态环境保护和谐统一，实现绿色低碳发展。研究为其他矿产企业提供了范例，也可以为中国矿业转型升级和碳中和目标的实现提供参考。后续研究可拓展样本范围，深入评估不同措施的成本效益，也可探讨促进路径实施的政策建议。参考文献：1 王利宁，彭天铎，向征艰，等.碳中和目标下中国能源转型路径分析 J.国际石油经济，2021，29(1)：2-8.2 DENG X，XIE J，TENG F.What is carbon neutrality?J.Cli原mate change research，2021，17(1)：107-113.3 WANG C，ZHANG Y X.Implementation pathway and policysystem of carbon neutrality vision J.Chinese journal of en原vironmental management，2020，12(6)：58-64.4 郑慧瑾，罗婧璇，贾明.从源头和入口形成有效的碳排放控制阀门 EB/OL.(2021-10-29)2023-02-20.http：/ 新时代企业高质量发展研究中心课题组.中国企业的碳中和战略：理论与实践 J.外国经济与管理，2022，44(2)：3-20.6 卞希栋.碳中和目标背景下 JF 公司绿色发展战略与路径选择研究 D.徐州：中国矿业大学，2021.7 王震，和旭，崔忻.“碳中和”愿景下油气企业的战略选择 J.油气储运，2021，40(6)：601-608.（编辑：高志凤）油田还没有专门的利用热水驱油。地热水驱油的基本原理为：利用深层的高温地热资源，把深部的高温流体注入浅部油层，降低原油黏度，提高原油的流动力。地热水驱油具有安全节能，减少 CO2排放等优点，应用前景十分广阔。4.2海上地热发电根据调研结果显示，中国海油湛江分公司、中国海油深圳分公司、中国海油天津分公司总用电量为2.16109kW h，用电支出成本约 1.57109元，平均电成本 0.73 元/（kW h）。地热发电是以地下热水和蒸汽为动力源的一种新型发电技术，首先把地热能转换为机械能，再把机械能转换为电能。地热发电清洁环保，且发电成本比火电、水电低。渤海海域具有丰富的地热资源12-15，利用地热发电给海上平台供电，不但解决了海上平台用电问题，而且高效节能。5结论1)渤海海域新生界是其主要的热储层，主要包括古近系孔店组、沙河街组、东营组，新近系馆陶组、明化镇组和第四纪地层。热储的孔-渗等储层物性条件较好。2)渤海海域地热资源丰富，地温梯度 2832/km，大地热流值变化范围为 33.584.0 mW/m2，平均为（60.88.7）mW/m2。全海域在 1000m，2000m，3000m，4 000 m 深度的温度分别为 4055，6090，90140，120160。3)采用热储体积法估算渤海海域新生界热储中储存的热量为 4.51021J，折合成标准煤为 1.61011t。4)渤海海域地热资源利用主要有地热水驱油和海上地热发电，可为海上稠油热采和海上平台用电提供支持，应用前景十分广阔。参考文献：1 王贵玲，张薇，梁继运，等.中国地热资源潜力评价 J.地球学报，2017，38(4)：449-450.2 陈墨香，汪集旸.中国地热研究的回顾和展望 J.地球物理学报，1994，37（suppl 1）：320-338.3 薛永安，柴永波，周园园.近期渤海海域油气勘探的新突破 J.中国海上油气，2015，27(1)：1-9.4 汤良杰，万桂梅，周心怀，等.渤海盆地新生代构造演化特征J.高校地质学报，2008，14(2)：191-198.5 周心怀，余一欣，汤良杰，等.渤海海域新生代盆地结构与构造单元划分 J.中国海上油气，2010，22(5)：285-289.6 朱伟林，李建平，周心怀，等.渤海新近系浅水三角洲沉积体系与大型油气田勘探 J.沉积学报，2008，26(4)：575-582.7 陈墨香，黄歌山，汪缉安，等.渤海地温场特点的初步研究 J.地质科学，1984(4)：392-401.8 肖卫勇，王良书，李华，等.渤海盆地地温场研究 J.中国海上油气（地质），2001，15(2)：105-110.9 邱楠生，魏刚，李翠翠，等.渤海海域现今地温场分布特征 J.石油与天然气地质，2009，30(4)：412-419.10 郭太现，苏彦春.渤海油田稠油油藏开发现状和技术发展方向 J.中国海上油气，2013，25(4)：26-30.11 王学忠，王建勇.利用地热资源进行热水驱油的技术研究 J.中国地质，2009，36(4)：885-891.12 王贵玲，张发旺，刘志明.国内外地热能开发利用现状及前景分析 J.地球学报，2000，21(2)：134-139.13 顾伟，翁一武，曹广益，等.低温热能发电的研究现状和发展趋势 J.热能动力工程，2007，22(2)：115-119.14 彭第，孙友宏，潘殿琦.地热发电技术及其应用前景 J.可再生能源，2008，26(6)：106-110.15 汪集暘，邱楠生，胡圣标，等.中国油田地热研究的进展和发展趋势 J.地学前缘，2017，24(3)：1-12.（编辑：刘晓芳）（上接第 66 页）70