方朝合 王社教 肖红平 曹倩
在“推动新时代绿色发展和生态文明建设”的指导思想以及能源结构转型的全球趋势背景下，地热资源作为一种清洁的可再生能源，近年来得到广泛关注。地热资源的合理开发利用，可有效促进温室气体减排，是实现能源清洁替代的重要途径。与其他可再生能源相比，地热资源具有独特的优越性，包括开发利用方式多样、可作为维持电网稳定的基础载荷、占地面积小以及油气工业技术的适移植性高等，因此成为诸多国家以及全球石油公司能源转型的重要发展方向之一。
世界地热资源开发利用领先国家的发展现状
地热资源的开发利用有两种主要方式：地热发电与直接利用，理想状态下应采用“因地制宜、梯级利用”的发展模式。地热资源在欧美等国已有较长的开发历史以及较为成熟的利用技术。欧洲的地热发电产业集中于冰岛、意大利和土耳其等国。这些国家全部位于全球性高温地热带上，尤其是位于地中海—喜马拉雅地热带的土耳其，是近年欧洲乃至全球地热发电新装机容量的主要贡献国家之一。美国是目前全球地热发电装机容量最大的国家，截至2019 年，共建成地热发电站93座，总装机容量3673兆瓦。据美国能源局最新报告，至2050年：美国增强型地热系统与水热型地热资源的总地热发电量有望达到60吉瓦，成为美国基本电力负荷的基础能源之一。在世界范围内，除美国和欧洲地区外，其他位于全球高温地热带的国家，如东南亚的印度尼西亚和菲利宾、东非的肯尼亚以及大洋洲的新西兰等，地热发电产业也已颇具规模。
地热资源的直接利用方式主要包括中深层地热供暖、浅层地源热泵供暖/制冷系统以及在工业、农业和旅游业的多种用途。在地热资源直接利用方面,中国以40.6吉瓦的装机容量（截至2019年年底）连续多年居世界首位。欧洲的冰岛、德国、法国、瑞士、荷兰、土耳其、意大利等国，中深层地热供暖广泛应用。冰岛作为地热利用技术最成熟的国家之一，其全国的终端用热中，地热供能占比达90%以上；在法国巴黎市的地热供暖项目，每年可累计减排二氧化碳12 万吨；受限于人口和资源分布等因素影响，美国的地热供暖和其他直接利用规模较小，但部分供暖项目已有超过30年的运行历史。
当下，在《巴黎协定》《欧洲绿色协议》和全球碳减排趋势的影响下，地热产业正向更低钻井成本、更大换热效率以及更深层地热资源开发方向发展，重点科研攻关方向集中于增强型地热系统技术和沉积盆地中低温水热型地热资源直接利用技术，以及其他应用技术的研发。就发展趋势而言，各地热大国正经历着从高温热异常型地热资源发电向中低温水热型地热资源开发利用和干热岩开发利用的方向转变。
中国地热发展现状及中国石油地热业务发展历程
我国地热资源分布广泛、储量丰富，其中高温地热资源集中分布于藏南、滇西和台湾等地区，而中低温地热资源则蕴藏在我国东部及中部的各大沉积盆地内，如渤海湾盆地、松辽盆地和鄂尔多斯盆地等。
我国的地热供暖及其他直接利用方式的规模长期处于国际领先地位，在地热资源勘查、地热钻完井、地热能直接利用等领域达到国际先进水平。但地热发电受资源、技术及经济的限制停滞在较小的规模，增强型地热系统的开发正在青海共和盆地和河北唐山马头营地区进行现场试验，在热储工程、中低温地热发电、高温地热发电、深井直接换热、高效热泵、干热岩压裂改造、高效换热等方面存在着技术薄弱环节。
中国石油作为国内最大的油公司，很早就关注了地热开发利用，早期在华北、辽河、大庆等油田利用油区地热开展了输油伴热、热洗油管、地热采暖、地热农业等工作。至今已经历以下五个阶段：
第一阶段：萌芽阶段——因地制宜，提出设想。从上世纪七八十年代，中国石油就开始油田地热的开发利用工作，当时主要利用已有成熟技术和设备，通过提取油气伴生水中的热能，辅助生产用热需求，减少化石能源消耗。上世纪90年代，中国石油成立地热资源评价及开发利用项目经理部，开展了京津冀地热资源评价工作，提出中国石油发展地热业务建议，地热产业开始起步。
第二阶段：发展阶段——探索创新，制定战略。进入21 世纪，中国石油不断加大新能源产业投入，因地热业务与主营油气业务具有较高融合性，地热能开发利用成为中国石油最具发展潜力的新能源产业之一。“十五”—“十一五”期间，中国石油集团公司科技管理部设立了《新能源发展战略》等研发项目，主要由勘探院新能源项目组地热团队承担，编制了公司“十一五”后三年地热业务规划。2006年，随着新能源产业稳步健康发展，中国石油集团在勘探与生产板块成立新能源处，勘探院成立新能源研究所，并组建了地热开发利用研究室，推进地热业务。
第三阶段：关键技术攻关与现场试验阶段——探清家底，攻克难关。“十二五”期间为落实国家战略和讲话精神，中国石油把规模开发新能源提上日程。为更好地推进地热业务发展，集团公司把地热能列为重点研发项目，开展油区地热资源评价、砂岩热储回灌、废弃井改造等核心关键技术攻关，完成大庆、辽河、华北三大油区地热资源评价，制定了重点油区地热能替代方案。
第四阶段：技术集成与市场开拓阶段——优中选优，蓄势待发。“十三五”开局之年，中国石油集团领导层把新能源产业发展放到战略层面进行谋划，2017年，集团公司设立了地热开发利用专项资金，并将地热能开发利用列入公司经营范围，重点油田公司开展了大规模项目筛选、方案可行性论证和项目建设。为支撑公司地热业务规模化发展，勘探院地热团队与油田合作，研发形成多项具有国际竞争力的地热能开发利用核心配套技术，取得多项软件著作和发明专利，参与制定了多项行业标准，并获得省部级科技奖励1项。近年来，冀东、辽河、华北等油田的多个大型地热供暖项目已经实现砂岩地层无压回灌；油田采出水余热利用技术已在大庆、华北等油田推广应用。
第五阶段：规模化推广阶段——助力“双碳”，厚积薄发。2020年国家“双碳”目标提出后，中国石油更加重视新能源产业拓展。2020年3月，勘探院在新能源研究中心下成立地热开发利用部，加强了地热团队支撑和研究力量。2021年11月，集团公司批准成立地热能技术研发中心，着力打造中国石油地热技术研发高地。经过多年技术研发与工程项目实施，中国石油在地热领域已形成地热地球物理勘查与评价、地热井优快钻完井、砂岩尾水回灌、热储改造和热能高效利用五大核心技术以及地热资源勘查、建井、储层改造、工程设计与建设四大现场工程实施能力。
中国石油地热开发利用现状及成果
在先进开发利用技术水平和工程建设能力的保驾护航下，中国石油地热产业规模取得了显著增长。目前，中国石油地热供暖面积累计超过了1500万平方米，年替代标煤超过34万吨，年减排二氧化碳超过90万吨，仅2021年就实现新增供暖面积892万平方米，展现出“十四五”地热业务规模发展良好开局。当前，地热资源开发区主要集中在渤海湾盆地，以冀东油田和华北油田开发地热项目为重要依托，涵盖北京、天津和河北、山东、河南、辽宁4省，并建成了国内最大单体地热供暖项目——曹妃甸新城一期水热型地热供暖项目和华北地区最大地热/余热供暖项目——石油新城一期地热供暖项目等一批典型示范工程项目。
冀东曹妃甸新城水热型地热供暖项目：2017年，国家发布《地热能开发利用“十三五”规划》，把地热能开发利用上升到国家层面，在京津冀协同发展背景下，中国石油冀东油田率先牵头建成国内单体最大的中深层采灌均衡地热集中供暖项目——唐山曹妃甸新城地热供暖项目。该项目2018年建成，供暖面积230万平方米,年替代标煤5.3万吨，减排二氧化碳13.8万吨。目前，一期工程已平稳运行3个供暖季，成为国内地热开发利用示范工程项目之一。
任丘石油新城一期地热供暖项目：该项目是国内首次综合利用地热资源和油田余热资源供暖，形成适合油田地热资源开发利用的成功模式，供暖面积63.2万平方米，年替代标煤1.45万吨，可减排二氧化碳3.77万吨。
山东武城水热型地热供暖项目：位于山东省德州市武城县，该项目2021年建成，总供暖面积235万平方米，年替代标煤5.4万吨，致力于打造中国石油外部市场综合清洁能源供暖示范项目。
中国石油开发利用地热资源具有四大优势：一是资源优势。据估算，中国石油矿权区内4000 米以浅地热资源总量达1.08万亿吨标煤，占国内地热资源总量的86%。15家油田年采出水超过10亿立方米，余热资源量近180万吨标煤。二是技术优势。地热能勘查与开发利用技术与油气相关技术高度重叠，中国石油在油气领域积累的诸多技术和经验可用于地热开发。三是资料优势。中国石油在油气生产过程中积累了大量地质、钻测井及地球物理资料，可直接移植运用到地热资源的开发利用上。四是资产优势。油田大量废弃井可通过改造转型为地热井，节约开发成本。
为加快推动中国石油地热业务规模化发展，勘探院地热团队编制完成中国石油“十四五”地热能科技和业务两项发展规划，明确了业务和科技发展目标，制定了实施路线图。地热能技术研发中心围绕规划目标，坚持支撑当前引领未来的发展理念，开展核心技术研发和前沿技术储备。“十四五”期间，储备3项战略性新技术：热能高效利用、干热岩压裂、干热岩钻完井技术；突破6项关键核心技术：动态地热资源评价、热储评价、深井直接换热、热储建模及开发数值模拟、地热开发动态监测、智能管控技术；推广应用3项技术：砂岩地层回灌、采出水余热利用、废弃井改造技术，努力建成中国石油集团地热能技术研发与成果转化中心、技术服务中心、人才培养与技术交流中心，为我国能源转型及“双碳”贡献中国石油科技力量。
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