中原油田蘭考六社區(qū)利用地?zé)峁┡姆治雠c研究

□劉 婷 □王志娟

(1開(kāi)封市水利工程總隊(duì)；2開(kāi)封市城區(qū)水利局）

0 引言

中原石油勘探局第六社區(qū)位于河南省蘭考縣，南臨蘭考縣城，西北為黃河?xùn)|壩，G220國(guó)道將基地分為東西兩院，東面為建設(shè)路及焦裕祿干部管理學(xué)院，西面和北面為蘭考的兩個(gè)村莊?？偨ㄖ娣e約為28.80 hm2，其中22 hm2為民用住宅，其余6.80 hm2為公共建筑。

中原石油勘探局第六社區(qū)目前采用燃煤鍋爐供暖，鍋爐房于1987年建成投產(chǎn)使用，并于2001年擴(kuò)建。現(xiàn)有4.20 MW燃煤熱水鍋爐4臺(tái)。根據(jù)歷史運(yùn)行記錄，在最寒冷的時(shí)期，開(kāi)啟3臺(tái)4.20 MW燃煤鍋爐即可滿足供熱負(fù)荷,年供暖成本804.40萬(wàn)元/a。

供熱系統(tǒng)末端為散熱器采暖系統(tǒng)，供回水溫度為65℃/53℃，冬季室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度18℃。隨著燃煤鍋爐的取締，需尋找清潔能源進(jìn)行代替。

1 分析研究目的

取暖用煤大多是價(jià)格低廉的劣質(zhì)煤，二氧化硫及其他有害物質(zhì)含量超標(biāo)幾倍幾十倍，對(duì)人們健康和城鄉(xiāng)環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。為解決中原油田蘭考六社區(qū)冬季供暖問(wèn)題，提高社區(qū)居民生活水平，采用地?zé)崤c水源熱泵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)供暖系統(tǒng)綠色低碳環(huán)保。同時(shí)，利用清潔的能源提高行業(yè)之間的發(fā)展、緩解城鄉(xiāng)能源環(huán)境問(wèn)題，具有十分重要的意義。

2 研究區(qū)域地?zé)豳Y源分析

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)查看建設(shè)項(xiàng)目地下水取水工程擬選定的位置，了解中原油田蘭考六社區(qū)地?zé)峁┡こ趟幍牡匦魏腿∷淳恢眉巴怂谖恢玫墓こ桃?guī)劃設(shè)計(jì)情況，分析建設(shè)項(xiàng)目供水工程取水水源選擇的可靠性。

為取得準(zhǔn)確的地?zé)釘?shù)據(jù)，在第六社區(qū)范圍內(nèi)進(jìn)行了探采井的開(kāi)鑿工作，于2013年12月完工并得到了試驗(yàn)數(shù)據(jù)。故以此作為供熱設(shè)計(jì)的依據(jù)：

第六社區(qū)范圍內(nèi)無(wú)有效取水井，能滿足取水要求。設(shè)計(jì)地?zé)峋?井深為2000 m；單井取水能力為120 m3/h，日取水量達(dá)到240 m3/d。地?zé)峋疁兀?0℃；地?zé)崴|(zhì)情況（詳見(jiàn)地?zé)崴|(zhì)報(bào)告），回灌情況采用加壓回灌。

2.1 地?zé)豳Y源

水源熱泵可以利用目前開(kāi)發(fā)較少、貯量較豐富的地下水，用于集中供暖，并將置換能量后的地下水全部回灌到同一含水層。通過(guò)采取可靠的回灌措施，不會(huì)對(duì)地下水資源造成浪費(fèi)及污染。它是一種高效、節(jié)約、環(huán)保的供熱制冷新技術(shù)，屬于環(huán)保節(jié)能項(xiàng)目。完善相應(yīng)的技術(shù)措施和管理手段，發(fā)展水源熱泵技術(shù)，在當(dāng)前建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)中具有十分重要的意義。

地?zé)峋鏊芰Γ?20 m3/h；地?zé)峋鏊疁囟龋?0℃；井深：2000 m。

回灌井：1口抽水井對(duì)應(yīng)1口回灌井，同時(shí)配合過(guò)濾裝置和加壓設(shè)施，實(shí)現(xiàn)回灌。

設(shè)計(jì)原則：可有效解決冬季供熱問(wèn)題；盡量利用地下低品位能源，減少運(yùn)行成本；有較好的經(jīng)濟(jì)合理性。

2.2 熱源分析

地?zé)崾且环N無(wú)污染、可再生的清潔能源，與煤炭、石油和天然氣等傳統(tǒng)的化石能源相比，具備數(shù)量巨大、可再生、低碳、環(huán)保、就地取用等優(yōu)勢(shì)。

蘭考縣位于秦嶺東西向構(gòu)造體系，東端和新華夏構(gòu)造體系的復(fù)合部位。沉積了較厚的第三系和第四系地層。通過(guò)1980 m深度探采結(jié)合井揭露的地層，為第四系和第三系松散沉積物質(zhì)。地下1400～2000 m深分布有10余層地?zé)岷畬?，含水層巖性為細(xì)砂、中細(xì)砂、細(xì)中砂、粗中砂、粗砂，含水層總厚度約200 m，綜合地?zé)崴疁?0℃，開(kāi)采后可用于供暖。

本縣境內(nèi)已有一口地?zé)峋己?井，位于蘭考凸起古故道，現(xiàn)三公司基地鍋爐房?jī)?nèi)。熱儲(chǔ)層為上新近系明化鎮(zhèn)組地層中的砂巖熱儲(chǔ)，完鉆井深1.20 km，測(cè)井揭示水層95.60 m/13層，單井出水量60 m3/h。

根據(jù)該井的測(cè)溫資料，在埋藏深度1.20 km時(shí)地溫可達(dá)55°,實(shí)測(cè)計(jì)算蘭考地區(qū)地溫梯度為3.63℃／100 m。（參見(jiàn)圖1）。

圖1 考和1井井溫曲線

3 地?zé)峋O(shè)計(jì)

從物探測(cè)井地層巖性看，通過(guò)與華北地層對(duì)比，地下深200～1270 m為新第三系明化鎮(zhèn)組地層，厚度1070 m，地層巖性為淺棕色砂巖、棕紅色泥巖。1270～1916 m為新第三系館陶組地層,厚度646 m，地層巖性為淺棕色砂巖、棕紅色泥巖，該組含水層厚度250 m，在1270～1916 m深地段有15層含水層沙層，僅單層粗砂厚度達(dá)20 m,透水性較好，在1240～1280 m深地段有一單層厚度達(dá)40 m的砂質(zhì)粘土隔水層作為地?zé)崴w層，具有良好的儲(chǔ)熱條件，地層水溫可達(dá)70℃，是比較理想的成井地層。1916～1980 m為東營(yíng)組地層，厚度64 m，地層巖性為淺棕色砂巖、棕紅色泥巖。據(jù)蘭考縣及周邊已有的地?zé)峋坝蜌饩Y料分析，該區(qū)熱儲(chǔ)層主要是第三系明化鎮(zhèn)組和館陶組砂巖層。

4 換熱站設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)流程及原理圖

在油田附近蘊(yùn)藏著大量的地?zé)豳Y源，本方案用地?zé)崴鳛榈蜏責(zé)嵩矗捎脽岜孟到y(tǒng)為油田配套小區(qū)供暖，解決油田工人的冬季生活用熱問(wèn)題。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)地?zé)崴奶荻壤?，可最大限度地提高地?zé)崴疅崃康睦寐省?/p>

系統(tǒng)主要設(shè)備及設(shè)計(jì)負(fù)荷條件下運(yùn)行模式：

系統(tǒng)主要供熱設(shè)備包括：直供板換、離心熱泵、真空燃?xì)忮仩t。見(jiàn)圖2。

4.2 尾水處理

圖2 第六社區(qū)熱泵機(jī)房系統(tǒng)原理圖

該項(xiàng)目主要采用加壓回灌技術(shù)，主要回灌設(shè)備為地?zé)峋訅夯毓啾?，回灌比例大致?0%～40%，估算回灌壓力1.4 MPa（需要通過(guò)回灌試驗(yàn)，得到確切的回灌壓力等數(shù)據(jù)）。

4.3 節(jié)水潛力與節(jié)水措施分析

4.3.1 節(jié)水潛力

地下水源熱泵在運(yùn)作的過(guò)程中，不消耗地下水資源，存在極大的節(jié)水潛力，熱泵的工作原理就是在冬季通過(guò)水源熱泵機(jī)組，從水源中“提取”熱能，送到建筑物中采暖。所以保持水體的溫度就非常重要了，這樣就要采取一定的保溫措施，選擇保溫性能好的建筑材料，就可以相對(duì)地節(jié)省地下水資源。

4.3.2 節(jié)約措施分析

項(xiàng)目取水要安裝計(jì)量裝置，便于管理。管道要采用耐腐蝕的材質(zhì)，并做好管道的密封措施，防止管道的水量漏失。

做好水源熱泵機(jī)組和水處理設(shè)備的選型工作，既要滿足供暖需求又要有效地實(shí)現(xiàn)地下水的循環(huán)利用，同時(shí)做好設(shè)備檢查維修，防止跑、冒、滴、漏現(xiàn)象發(fā)生。

要做好非供暖期水源熱泵機(jī)組的維護(hù)工作，保證設(shè)備的水循環(huán)率在使用時(shí)達(dá)到要求，同時(shí)在條件許可的情況下要更新設(shè)備，提高用水循環(huán)率。

做好回灌井的管理工作，保證回灌在密閉條件下進(jìn)行，防止水量損失和水質(zhì)污染。

加強(qiáng)物業(yè)管理人員和小區(qū)居民的節(jié)水培訓(xùn)與教育，提高節(jié)水意識(shí)，努力建造節(jié)約型社區(qū)。

5 環(huán)境影響初步分析

地?zé)崽菁?jí)利用是新型清潔能源利用技術(shù)，不存在固體廢棄物、有毒有害氣體及煙塵排放等問(wèn)題，推廣使用地?zé)峤Y(jié)合熱泵技術(shù)供暖可以有效減輕該地區(qū)冬季污染。

油田第六社區(qū)（28.80 hm2）的供暖負(fù)荷約16000 kW，節(jié)能減排數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

6 結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目利用地?zé)峁┡夹g(shù)可行、經(jīng)濟(jì)合理，項(xiàng)目符合國(guó)家地?zé)衢_(kāi)發(fā)宏觀政策，符合蘭考縣經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃，對(duì)蘭考經(jīng)濟(jì)發(fā)展有積極的促進(jìn)作用。項(xiàng)目完成后，年供暖面積28.80 hm2，供暖成本由原來(lái)的804.40萬(wàn)元/a減少到414.40萬(wàn)元/a，每年節(jié)約390萬(wàn)元。

表1 能耗計(jì)算表

項(xiàng)目符合國(guó)家節(jié)能減排的基本國(guó)策，減少污染物的排放，每年減排量（標(biāo)煤t）5178.39 t，有利于環(huán)境保護(hù)，對(duì)于建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型和諧社會(huì)將起到促進(jìn)作用。

[1]蘭考縣年鑒編纂委員會(huì).蘭考縣統(tǒng)計(jì)年鑒2012[M].蘭考縣年鑒編纂委員會(huì)，2012.

[2]河南省水利勘測(cè)有限公司.中原油田蘭考六社區(qū)地?zé)峁┡こ添?xiàng)目水資源論證報(bào)告[R].鄭州：河南省水利勘測(cè)有限公司,2014.