菏澤地區奧陶系地熱單井開采權益保護范圍的研究

馬龍，馮超臣

(山東省魯南地質工程勘察院，山東 兗州　272100)

菏澤地區奧陶系地熱單井開采權益保護范圍的研究

馬龍，馮超臣

(山東省魯南地質工程勘察院，山東 兗州272100)

菏澤地區地處魯西南黃泛平原，中低溫地熱資源豐富，具有良好的開發應用前景。目前菏澤地熱的開發利用正處于起步階段，地熱資源的開發利用主要以奧陶紀熱儲層地熱水為主。該文對奧陶系地熱單井產能測試和開采權益保護范圍進行了描述，對區內地熱資源開發利用和地熱資源規范管理起到一定的指導作用。

奧陶系；地熱資源；抽水試驗； 菏澤地區

引文格式：馬龍，馮超臣.菏澤地區奧陶系地熱單井開采權益保護范圍的研究[J].山東國土資源，2015,31(1):40-42.MA long, FENG Chaochen.Study on Rights and Interests Scope Protection of Ordovician Geothermal Single Well in Heze City[J].Shandong Land and Resources,2015，31(1)：40-42.

菏澤地處魯西南黃泛平原，近年來的地熱地質勘查工作表明，菏澤地區地熱成礦地質條件有利，中低溫地熱資源豐富，具有良好的開發應用前景。目前菏澤地熱的開發利用正處于起步階段，地熱資源的開發利用主要以奧陶紀熱儲層地熱水為主，其開發利用方式主要以地熱供暖和洗浴為主。為保證地熱資源的可持續開發利用和規范管理，對地熱單井進行抽水試驗和可開采量確定的研究是非常必要的。

1　地熱資源概述

1.1奧陶系地熱資源

奧陶紀灰巖熱儲層屬灰巖類裂隙-巖溶型熱儲。巖性主要為石灰巖、白云質灰巖及泥灰巖等，巖溶裂隙發育，裂隙巖溶型熱儲層具有埋藏深、水量豐富、水溫較高等特點，開發利用價值較高。菏澤地區奧陶系地熱資源主要分布在聊考斷裂以東，田橋斷裂以西地區，主要包括菏澤市市區、定陶縣、鄄城縣、鄆城縣、曹縣北部地區等(圖1)[1]，奧陶紀灰巖熱儲層頂板埋深在800～1800m，熱儲層底板埋深在1600～2600m，熱儲厚度為800m。

圖1　菏澤地區奧陶系地熱資源主要分布區簡圖

1.2奧陶系熱儲地質特征

目前菏澤地區開發利用的地熱資源熱儲為奧陶紀灰巖，地熱單井深度在1200～1800m。地熱井地層從上而下為：第四系、新近系、石炭-二疊系、奧陶系。

區內第四紀及新近紀地層厚度達950m，多為粘土和砂性土，結構較致密，熱導率低，可視為阻熱良好的熱儲保溫蓋層。第四系主要是沖洪積黃色粘土、粉質粘土夾不等粒之砂層；新近系主要以棕色為主的粘土巖夾粉質粘土巖和粉、細砂巖。石炭-二疊系巖性為泥巖、頁巖、砂巖及少量灰巖和煤層。巨厚的以粉質粘土、粘土、泥巖為主的不透水層，切斷了含水層間的垂向運移，防止地下熱能的擴散。

奧陶紀灰巖熱儲層組，是一套淺海相沉積，巖性以灰巖、白云質灰巖為主，是主要的地熱資源取水層。奧陶紀灰巖歷經強烈構造運動、風化侵蝕和多次溶蝕，形成斷裂、裂隙和破碎帶，在奧陶紀碳酸鹽巖地層中，洞、縫相當發育，灰巖裂縫是深層地下水體循環運移的通道，大型溶洞是奧灰巖溶裂隙熱儲的空間。該熱儲層單井涌水量500～1000m3/d，富水性中等,水化學類型為SO4-Ca·Na型，礦化度大于1000mg/L,水溫50～58℃。該熱儲層具有埋藏深、水量豐富、水質清澈、水溫較高等特點。

2　地熱單井產能測試

2.1地熱單井穩定流抽水試驗

抽水試驗是確定含水層水文地質參數最直接有效的方法，通過有規律的抽取地下水，降低開采井中的地下水位，可以測定含水層涌水量與地下水位的關系，求解含水層滲透系數、導水系數以及確定影響半徑的大小等。對于地熱單井可開采量的確定一般可依據地熱單井抽水試驗資料繪制Q=f(s)曲線，井流方程以內插法確定[5]。

抽水試驗設備的選用含變頻裝置的深層地熱潛水泵，以保證能夠進行大流量、大降深抽水試驗，以確定單井最大涌水量，以提高試驗結果的保證程度。

地熱單井抽水試驗的特點：

(1)由于抽水后水溫快速上升，井筒內水的密度變小，造成水位升高，這一溫度引起的水位上升速度又大于抽水造成水位下降速度，會出現地熱井抽水開始后首先快速下降然后又向上回升的現象。水溫升到一定值后，其上升速度明顯變慢，并逐漸穩定，此時水位變化起主要作用的是抽水造成的水位下降，最終水位趨于穩定。

(2)地熱井穩定靜水位是指井筒中水的溫度與地層溫度平衡后的靜水位，此時井筒中水的溫度由上至下增高，頂部可以認為是恒溫帶溫度，底部是熱儲層溫度。抽水至水溫穩定后，水溫約等于熱儲層中部溫度。穩定靜水位與動水位值處于不同狀態，因此需要將穩定靜水位換算為穩定水溫時的水位值[3]。

2.2地熱單井流量方程的確定

根據3次降深與流量的實測數據按照穩定流抽水試驗公式計算水文地質參數，并繪制Q=f(s)和q=f(s)關系曲線圖。利用計算曲線的曲度值(n)和曲線擬合誤差2種方法對Q=f(S)曲線類型進行判別，經對比分析后確定曲線類型。根據2種方法推算的曲線方程，代入產能測試第二落程水位降深(S2),計算Q2與實際第二落程流量(Q2)進行對比分析，以誤差較小者確定為產能測試推算的井流方程。

3　可開采量及開采權益保護范圍

3.1地熱單井可開采量

根據《地熱資源地質勘查規范》(GB/T 11615-2010)第8.3.4條規定，“對單個地熱開采井，應依據井產能測試資料按井流量方程計算單井的穩定產量，或以抽水試驗資料采用內插法確定。計算使用的壓力降低值一般不大于0.3MPa，最大不大于0.5MPa，年壓力下降速率不大于0.02MPa”[5]。

根據菏澤地區地熱單井(HR1)抽水試驗資料，推算壓力降低值0.3MPa時的出水量為2200m3/d，水溫為58℃。菏澤地區地熱水均屬于溫熱水型低溫地熱資源，主要適用于供暖、洗浴、醫療等方面。冬季供暖期為120d，洗浴、醫療等用水在供暖期主要利用供暖尾水。非供暖期(245d)用水量較小，主要用于洗浴和醫療，每天用水時間一般為3～5h，平均按4h計算，則每年取用熱水時間按24h換算的總日數為160d。根據目前已開采地熱井現有配套取水設備能力及已開采利用地熱井實際開采量，區內地熱井單井開采量約60m3/h。因此，經加權平均計算區內單眼地熱井每天實際開采量約為634.5m3/d。綜合分析確定奧陶系熱儲層單井可開采量平均取650m3/d。

3.2單井開采權益保護范圍的確定

根據規范規定,對盆地型地熱田,可按單井允許開采量開采100a、消耗15%左右地熱儲量，采用公式(1)[5]估算地熱井開采對熱儲的影響半徑(R)，視其為單井開采權益保護半徑。

(1)

式中：R—地熱井開采100a排出熱量對熱儲的影響半徑，m；Q—地熱井產量，m3/d；f—水比熱和熱儲巖石比熱的比值，介于3～5之間；H—熱儲層厚度，m。

地熱單井穩定產量根據區內已開采地熱井實際開采量及綜合分析，確定平均取650m3/d進行估算，可利用熱儲層厚度按600m計算。經計算熱儲層地熱井開采對熱儲的影響半徑為617.37m。具體計算結果見表2。

表2　地熱井開采對熱儲的影響半徑計算結果

注：Q為單井可開采量；Cw為水比熱；Cr為熱儲巖石比熱；f為水比熱和熱儲巖石比熱的比值;H為熱儲層厚度；R為熱儲的影響半徑。

考慮到隨著開采年限的增加，可能造成地熱井間相互干擾和涌水量的減小，在計算的單井開采對熱儲影響半徑的基礎上，適當增大一定的距離作為單井開采權益保護半徑，以此該區奧陶系熱儲地熱井的開采權益保護半徑均取為650m，合理井距為1300m，若按正方形計算，每眼地熱井的權益保護范圍為1.69km2。

4　結論與建議

(1)菏澤地區地處魯西南黃泛平原，中低溫地熱資源豐富，具有較好的開發應用前景。目前菏澤地熱的開發利用正處于起步階段，地熱資源的開發利用主要以奧陶系熱儲層地熱水為主。

(2)奧陶紀灰巖熱儲層具有較好的開發利用價值。奧陶紀灰巖熱儲層，蓋層為第四系、新近系和石炭—二疊系。該地熱水水化學類型為SO4-Ca·Na型。

(3)對于地熱單井可開采量的確定一般可依據地熱單井抽水試驗資料繪制Q=f(s)曲線，井流方程以內插法確定。整理抽水試驗數據時，需要將穩定靜水位換算為穩定水溫時的水位值，然后參與水位降深計算。

(4)區內應根據地熱單井的影響半徑范圍，合理布設地熱井。對地熱井井距、井的數量及開采量均應控制在合理的范圍內。

(5)加強地熱單井日常監測工作。應建立地熱單井動態監測系統，對開采量及其引起的水位、水溫、水質變化及環境影響實行有效監測，保證地熱資源的可持續開發與利用。

[1]孔慶友，張天禎，于學峰，等.山東礦床[M].濟南：山東科學技術出版社，2006：199-201.

[2]陳墨香.華北地熱[M].北京：科學出版社，1988：94-102.

[3]沈俊超，王朝輝.地熱水井抽水試驗的特點[J].地熱能，2005，(4)：3-6.

[4]馮超臣，馬龍，張旭.山東省定陶縣城區地熱資源分析及開發利用[J].城市地質，2012，7(4)：28-31.

[5] GB/T 11615-2010.地熱資源地質勘查規范[S].

Study on Rights and Interests Scope Protection of Ordovician Geothermal Single Well in Heze City

MA long, FENG Chaochen

(Lunan Geo-engineering Exploration Institute，Shandong Yanzhou 272100, China)

Heze area locates in the yellow flood plain in southwest of Shandong province. Low temperature geothermal resource is very rich and has very good development prospect. At present, geothermal exploitation and utilization is in starting stage. Development and utilization of geothermal resources are mainly composed of Ordovician heat reservoir geothermal water. In this paper, single well deliverability test of Ordovician geothermal and protection scope of mining rights have been described. It will guide the development and utilization and formal management of geothermal resources.

Ordovician；geothermal resources；pumping test；rights and interests

2014-02-07；

2014-05-05；編輯：陶衛衛

馬龍(1985—)，男,山東東阿人，工程師，從事水工環地質技術工作；E-mail:malongh@163.com

P314

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