地熱井抽水試驗中井損的確定

王立東,趙季初,于溪,李鑫宇,張平平

(山東省魯北地質工程勘察院，山東 德州 253072)

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地熱井抽水試驗中井損的確定

王立東,趙季初,于溪,李鑫宇,張平平

(山東省魯北地質工程勘察院，山東 德州 253072)

地下水資源評價通常是對地熱異常區域地熱水可開采量進行估算，比較成熟的方法相對較少，多數是依照抽水試驗資料，進而確定含水層水文地質參數，如滲透系數、導水系數、貯水系數、給水度等，水文地質參數確定的是否合理，直接影響到最終成果的可信度，進而關系到水資源論證評價的科學性。參數計算中為使計算結果更貼近實際，井損是一個不容忽視的問題，該文采用2種計算方法，結合多個工程實例抽水試驗進行分析驗算，選取相對準確的計算方法。

水文地質；井損；抽水試驗

0 引言

井損是指在進行管井抽水時，由于地下水自含水層的水平運動轉化為濾水管的垂直運動以及井壁與濾水管的阻力所造成的井管內外的水位差。它是在抽水過程中必然發生的，且隨出水量或降深的增加而增大，是客觀存在的[1]。

地下水資源評價工作通常是對地熱異常區域地熱水可開采量進行估算，以滿足制定有關地下水開發利用規劃的需要。業內現在普遍認為深層承壓含水層組地下水尤其是埋藏1000m以下的深層地熱水可開采量的計算，比較成熟的方法相對較少，多數是依照抽水試驗資料，進而確定含水層水文地質參數，如滲透系數(k)、導水系數(T)、貯水系數(μ)、給水度(μ)等[2]，水文地質參數確定的是否合理，直接影響到最終成果的可信度，進而關系到水資源論證評價的科學性[3]。該次重點研究區位于山東德州、河北霸州、故城等地，均處于華北平原地熱田，多年來，區內已開發近百眼地熱井，形成了一定的開采規模。但是，在開發利用中，特別是抽水試驗中參數的取得往往依照業主方自行動態監測或人工觀測，沒有忽略掉井損的存在，沒有真實地反映區域的地熱水動態特征，不能夠準確的求取地熱水水文地質參數。

該次結合幾個地區的多眼地熱井，重新進行抽水試驗觀測，利用實際取得的結果，采用不同方法進行抽水試驗井損確定，已期能夠更精確地反映抽水情況，為后續計算提供準確依據。

1 井損的確定方式

確定井損及其參數，一種方法是根據常規的單孔穩定流抽水試驗3次降深，繪制S/Q-Q關聯曲線的方法，近似的求出井損值，但這種連線的方式是不合理的，只有在每次抽水試驗的背景水位變化不大時才能近似精確的求出井損值，由此確定的井損值也是不甚準確的。另外一種方法是利用帶觀測孔的抽水孔進行3個以上降深的穩定流試驗；根據觀測數據進行擬合求取井損值。但該方法要求至少帶有1個觀測孔，一般要求有2個觀測孔才能保證數據的精確性，由于實際抽水試驗工程中要滿足2個以上觀測孔的數量要求、不僅不現實，而其還存在許多投資和觀測等多方面的困難，無形中增加了項目的開支。第三種方法是根據單孔抽水試驗的水位降S與其流量Q的多次曲線方程確定的經驗公式法，即根據S=Sw+CQn=A+BQ2+CQ3進行多元方程計算[4]。由于井損求取相對較繁瑣，因此，實踐中都很少使用。

這也導致了實際工作中基本不考慮井損，直接應用Dupuit公式。但井損卻確實存在，為保證計算的準確性不得不考慮。根據單孔3個降深抽水試驗利用方法一和方法三進行井損的計算，為驗算數據的準確程度，對方法一和方法三的計算結果進行對比驗證。

2 井損的計算

2.1 地熱井抽水試驗數據的收集

為保證計算數據的代表性，該次選取霸州、故城、德州3地的地熱井抽水試驗數據進行擬合計算。地熱井勘探過程中采用單孔穩定流抽水試驗求解水文地質參數[5]，各地熱井抽水情況見表1。

表1 收集相關地熱井抽水試驗資料統計

2.2 S/Q-Q關聯曲線計算

目前行業研究認為在井損明顯發生時，承壓水Q=f(S)關系曲線變為拋物線，根據公式S=BQ+CQn，進行等價變換后有：

(1)

現行規范中規定單孔穩定流抽水試驗要求有3次降深。這樣以S/Q為縱坐標，Q為橫坐標就可以得到3個點，并在S/Q—Q圖上表示出來；然后用曲線擬合的方法可以將這3個點連成曲線[6]。根據表1中各井抽水資料，進行S/Q—Q曲線圖的制作，如圖1所示。

圖1 各井井損計算圖

從圖1可以看出，以霸熱8井為例，量得縱截距B=0.2284，對應于Q=1，縱坐標S/Q=0.2300，因此有C=0.2300-0.2284=0.0016。其S/Q—Q近似為一條直線，n=1.9948≈2。各井綜合計算成果見表2。

表2 各井理論降深計算成果

2.3 多元經驗公式計算

根據公式S=AQ+BQ2+CQ3，兩邊同時除以Q進行等價變換后有：

S0=A+BQ+CQ2

(2)

式中：S0=S/Q，A，B，C分別是未知參數，Q為涌水量。將表1中各井降深數據帶入式2，求取各井的井損值，見表3。

3 工程實際中井損的檢驗

由于僅霸熱10井完井時建設方在管外設計了測壓管進行地層水位觀測，故再進行抽水試驗時，根據測得的井內降深和外部測壓管測得的真實地層水位降深可以計算出井損值。通過收集相關資料，對霸熱10井的計算井損和測量值進行對比見表4。

通過對比發現，方法三計算出的井損值與實測值較接近，偏差小，說明計算值可信度較高。

4 結論

通過對成果分析，可以看到井損在抽水試驗降深中占有一定的比例，甚至可達到30%～60%，這也證實了井損在抽水試驗井中確實存在。通過分析對比，該井損變化規律隨降深、流量的增大，井損值也同樣增大。因此，在工程實踐中，抽水試驗后進行參數計算時應該考慮井損的存在，直接根據實測降深用Dupuit公式計算的水文地質參數是不正確的[7]，同時通過2種方法的分析對比計算，現行經濟合理的計算方法應采用多元經驗公式計算，結果相對準確，能夠更加真實地反映水文地質參數情況。

表3 各井理論降深計算成果

表4 霸熱10井計算井損與實測井損對比

延伸考慮，一般普遍認為在成井過程中，濾水管半徑r的大小對抽水井的降深影響不大，這主要是指B值，但對C值是有相當影響的。因為水在井內的流速同井管截面積大小有關，而截面積又和井半徑的平方成正比，所以濾水管半徑對井損有較大的影響。通過確定某一地區的井損經驗百分比后，結合區域已有的地層滲透率等相關參數，反算出合理的濾水管直徑，使實測水位降深與理論降深無限接近，將井損降到最小，使得抽水試驗更加真實。

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[5] 中國地質調查局.水文地質手冊(第二版)[M].北京：地質出版社，2012.

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Determination of Well Loss in Pumping Test of Geothermal Well

WANG Lidong, ZHAO Jichu, YU Xi, LI Xinyu, ZHANG Pingping

(Lubei Geo-engineering Exploration Institute, Shandong Dezhou 253072, China)

The evaluation of groundwater resources is usually to estimate water exploitation quantity in geothermal anomaly areas. Mature method is relatively small. Major method is todetermine the hydrogeological parameters of aquifer in accordance with the pumping test data, such as permeability, transmissivity, storage coefficient and degree of water supply. Determination of hydrogeological parameters is reasonable or not will directly affect the final results of the credibility, and in relation to scientific evaluation of water resources demonstration. In calculating the parameters, in order to make the calculation results more close to reality, well losscan not be ignored. In this paper, 2 kinds of calculation methods have been calculated. Combining with pumping test analysis and calculation, a relatively accurate calculation method should be choosed.

Hydrogeology; well loss; pumping test

2016-03-21；

2016-04-11；編輯：陶衛衛

王立東(1984—)，男，吉林梨樹人，工程師，主要從事深部資源勘探及地熱資源的勘查開發工作；E-mail:swdwld@126.com

P641.2

B

王立東,趙季初,于溪,等.地熱井抽水試驗中井損的確定[J].山東國土資源，2016,32(10)：65-68.WANG Lidong, ZHAO Jichu, YU Xi, etc. Determination of Well Loss in Pumping Test of Geothermal Well[J].Shandong Land and Resources, 2016,32(10)：65-68.