豐富地?zé)豳Y源助力雄安新區(qū)生態(tài)文明建設(shè)
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先進(jìn)的地?zé)衢_采關(guān)鍵技術(shù)及示范工程
地?zé)豳Y源開發(fā)利用技術(shù)經(jīng)歷了兩代的演變。第一代技術(shù)的基本特征是直采、直供、直排，由于環(huán)保水準(zhǔn)很低，現(xiàn)已放棄不用。第二代技術(shù)是采灌結(jié)合、用熱不用水，環(huán)保水準(zhǔn)很高，已經(jīng)得到各地政府的重視和推廣應(yīng)用。在我國(guó)，淺層地?zé)崮艿睦眉夹g(shù)比較成熟。只要抓好嚴(yán)格監(jiān)管等工程質(zhì)量控制措施，大部分地方都可以使用。實(shí)踐中，一般鼓勵(lì)地埋管模式的土壤源熱泵系統(tǒng)，限制需要抽水的地下水源熱泵系統(tǒng)，以保護(hù)寶貴的地下水資源。對(duì)于中深層砂巖熱儲(chǔ)，在回灌條件好的地方，普遍采用第二代技術(shù)，回灌技術(shù)也在不斷進(jìn)步中。對(duì)于基巖中的巖溶熱儲(chǔ)，逐步形成了規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化的地?zé)衢_發(fā)利用技術(shù)體系，并進(jìn)行了應(yīng)用實(shí)踐。
2009?年起，中國(guó)石化集團(tuán)綠源地?zé)崮荛_發(fā)有限責(zé)任公司開始投資建設(shè)雄縣地?zé)峁┡?xiàng)目。在此過程中，中科院地?zé)釄F(tuán)隊(duì)受邀提供持續(xù)的地?zé)醿?chǔ)技術(shù)支持與技術(shù)服務(wù)。經(jīng)過幾年的努力，終于建成了中國(guó)第一個(gè)用地?zé)峁┡娲济旱摹盁o(wú)煙城”。雄縣地?zé)峁┡痉豆こ袒谡a(chǎn)學(xué)研用相結(jié)合的方式，首次實(shí)現(xiàn)了地?zé)崂酶咝屎徒咏闩欧鸥咚疁?zhǔn)的清潔能源利用雙重目標(biāo)，迄今已經(jīng)平穩(wěn)運(yùn)行了?8?年。2014?年初，國(guó)家能源局開始把雄縣地?zé)峁┡氖痉俄?xiàng)目向北方地區(qū)推廣。2016?年，雄縣縣城地區(qū)的人口?9?萬(wàn)，擁有地?zé)峋?68?口，其中回灌井?24?口，形成供暖能力?450?萬(wàn)平方米，基本實(shí)現(xiàn)了地?zé)峒泄┡采w。雄縣采用的是第二代技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了近?100%?回灌，做到了用熱不用水。示范工程的亮點(diǎn)包括：地?zé)峁┡菂^(qū)全覆蓋，項(xiàng)目規(guī)模世界上最大（供暖能力?450?萬(wàn)平方米，現(xiàn)狀運(yùn)行?280?萬(wàn)平方米，惠及?9?萬(wàn)人口），單井平均供暖能力高達(dá)?10萬(wàn)—15?萬(wàn)平方米，尾水原水全額同層回灌。
在過去?20?年里，我國(guó)地?zé)豳Y源直接利用總量一直處于世界第一的位置，目前還比美國(guó)高?1?倍以上；同時(shí)，一般供熱系統(tǒng)的主體設(shè)備都是國(guó)產(chǎn)化的，因而技術(shù)基礎(chǔ)較好。在尾水回灌技術(shù)上，通過持續(xù)探索，形成了可支持規(guī)?；_發(fā)利用的熱儲(chǔ)回灌技術(shù)系列。雄縣地?zé)崽锘毓嗍加?010?年，截至?2016?年底，雄縣地?zé)崽锏睦塾?jì)回灌量已達(dá)到?2?383?萬(wàn)立方米。地?zé)嵛菜幕毓啾苊饬说乇砼欧艓?lái)的污染，也有效地減緩了熱儲(chǔ)壓力的下降（圖?2）。
雄安新區(qū)巖溶熱儲(chǔ)層的非均質(zhì)性強(qiáng)，采灌井之間的連通性不易確定。示蹤技術(shù)可以將運(yùn)移參數(shù)量化，有效刻畫儲(chǔ)層流體的特征，研究回灌井和開采井之間的水力聯(lián)系，對(duì)長(zhǎng)期回灌可能引起的開采井溫度的冷卻進(jìn)行預(yù)測(cè)。筆者團(tuán)隊(duì)從2011年起，在雄縣地?zé)崽镞M(jìn)行了3次群井示蹤試驗(yàn)，取得了試驗(yàn)區(qū)內(nèi)巖溶儲(chǔ)層采灌井之間連通性的有效參數(shù)，包括通道長(zhǎng)度、滲透流速、縱向彌散度等，為后期采灌井距和采灌井布局的數(shù)值模擬研究提供了科學(xué)基礎(chǔ)。試驗(yàn)結(jié)果揭示了回灌井不同方向的滲透流速（圖?3）和采灌井之間連通性好的方向（圖?4）。
采灌井的合理布局和最優(yōu)井距是地?zé)崽飪?yōu)化開采極為關(guān)鍵的兩方面內(nèi)容，關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)成本和熱田的使用壽命。為此，筆者團(tuán)隊(duì)建立了一套用于評(píng)價(jià)熱田合理布局和最優(yōu)井距的方法，即在建立地?zé)崽锏責(zé)岬刭|(zhì)模型的基礎(chǔ)之上，采用數(shù)值模擬技術(shù)，模擬熱儲(chǔ)的溫度和壓力對(duì)不同采灌情景的響應(yīng)（圖?5?和?6），進(jìn)而以經(jīng)濟(jì)學(xué)模型為依據(jù)，以回灌帶來(lái)的開采水溫下降與水位下降所產(chǎn)生的最小損失為目標(biāo)函數(shù)，確定最優(yōu)采灌井距和優(yōu)化開采模式。通過該方法可知，雄縣地?zé)崽镌趯?duì)井模式下，采灌井最優(yōu)井距為?400?米（圖?7）。
