基于東梁區地熱資源儲量計算及可靠性探析

崔玉乙

(瓦房店市水庫移民后期扶持工作辦公室，遼寧 瓦房店 116300)

基于東梁區地熱資源儲量計算及可靠性探析

崔玉乙

(瓦房店市水庫移民后期扶持工作辦公室，遼寧 瓦房店 116300)

文章對東梁區地熱資源儲量進行了計算,并對地熱水量的可靠性進行了分析,由于本區域地熱資源儲量為深部承壓水，其供給速度變慢，取水期間地下水水位降深并不是由河流水文突變造成的，不改變區域的水分布，對上游河流來水量基本沒有影響。取水不會導致下游河道水量的減少，河流對淺層地下水的影響較小。對下游水資源的影響較小，對生態環境和水的攝入量的影響較小。

地熱水；儲量；計算參數；可靠性

1 深層地熱水情況及分布特征

東梁天水谷地熱資源位于遼寧阜新東梁區西北，面積為54.59km2，其地區水化學類型為HCO3-+Na+型水(重碳酸鹽水)，含水層位于地下1455-1800m，有4個含水層段[1]，日產水量1000-2400m3。熱儲中心區地熱水溫度71℃。該區地熱流體主要是深層原生地下熱水，是通過深部導熱導水通道循環加熱而形成的地下熱水，主要分布于大的斷裂帶及所伴生的裂隙帶中[1]。本地區地熱水靜水位埋深14m左右，動水位埋深小于180m，所以具備一定的開發潛力。

2 地熱資源儲量計算

在阜新市東梁地區地熱資源儲量隨著地層埋藏深度與地熱能的增加其溫度梯度也隨之增加，以地熱3號地下熱水井為例，井深小于2000m。

2.1 儲存的熱量

地熱資源儲量計算公式如下：

Q=Qw+QrQr=AdρrCr(tr-t0) (1-φ)QL=Q1+Q2Q1=AdφQ2=AHSQw=QLCwρw(tr-t0)

(1)

式中：Q為熱儲中的儲存熱量，J；Qr為巖石中的儲存熱量，J；QL為熱儲中的儲存水量，m3；Q1為熱儲孔隙中的熱水靜儲量，m3；Q2為水位達到極限深度時熱儲所釋放水量，m3；Qw為水中的儲存熱量，J；A為計算區域面積，m2；d為熱儲的厚度，m；ρr為巖石的密度，kg/m3；Cr為熱儲巖石的比熱，J/m3·℃；φ為巖石孔隙度，tr為熱儲的溫度，℃；t0為當地年平均氣溫，℃；ρw為地熱水密度，kg/m3；S為彈性釋水系數，H為計算起始點以上高度，m；Cw為水的比熱，J/m3·℃。

2.2 計算參數的確定

1)熱儲面積、厚度及熱儲層溫度的確定。

根據鉆孔資料研究，本區熱儲層平均厚度為22.0m，熱儲溫度取水井口的平均溫度65.8℃；年平均氣溫7.2℃[1]。計算起始點以上高度取地熱1#、地熱3#井含水層頂面到靜水位高度的平均值1486.55m。

2)熱儲的孔隙度和彈性釋水系數。

結合遼寧省阜新市東梁區地熱資源詳查報告，砂巖孔隙度選15%，彈性釋水系數選用0.005[1]。

3)比熱和密度。

根據《地熱資源地質勘查規范》確定，巖石的密度取2600 kg/m3；水的密度取1000 kg/m3；巖石的比熱取0.878 kJ/m3·℃；水的比熱容取4.18kJ/m3·℃。

2.3 計算結果

Q1=Aφd=54.59×106×0.15×21.93=1.80×108m3

Q2=ASH=54.59×106×0.005×1486.55=4.06×108m3

QL=Q1+Q2=5.86×108m3

Qw=QLρwCw(tr-t0) =5.86×108×4180×1000×(65.75-7.2)=1.434×1017J

Qr=AdρrCr(1-φ)(tr-t0) =54.59×106×21.93×2600×878×0.85×58.55=1.36×1017J

Q=Qr+Qw=2.794×1017J

經計算，地熱資源總量為2.80×1017J，相當于9.53×106t標準煤燃燒的熱量值[2]。

3 熱水儲存量

熱水儲存量計算公式如下：

Q總=Q彈+Q容Q彈=A×S*×HQ容=A×S×Hm

(2)

式中：Q總為熱水中儲存量，m3；Q彈為彈性儲存量，m3；Q容為容積儲存量，m3；A為熱儲層面積，m2；S*為彈性釋水系數，取0.005；S為重力給水度，取26%；H為水頭高度，m；Hm為巖組厚度，m。

表1 計算參數確定一覽表

計算結果如下：

Q容=A×S×Hm=54.59×106×0.15×21.93=1.80×108m3

Q彈=A×S*×H=54.59×106×0.005×1486.55=4.06×108m3

Q總=Q彈+Q容=5.86×108m3

經計算可知，地熱水資源總量為5.86×108m3。

4 論證地熱井開采資源量的確定

東梁地區地熱1#、3#井開采深度選取地熱田內代表性監測井保持年壓力下降值不大于0.02MPa，100a地下水頭下降200m[3]。

Q彈=A×S*×H

(3)

式中：Q彈為單井100a可開采彈性儲存量，m3；S*為彈性釋水系數取0.005；H為100a地下水頭下降高度，m;A為熱儲層面積，m2。

通過計算計算可知100a可開采彈性儲存量為5.459×107m3，日開采地熱水資源量允許為1495.62 m3。采出熱量計算依據遼寧省阜新市東梁區地熱資源詳查報告及日允許開采地熱水資源量，計算用水開采100a的采出熱量[3]。

Qw= 36500Q采Cw(tr-t0)

(4)

式中：Qw為熱水井開采100a采出的熱量，J；Q采為熱水井日允許開采量，m3；tr為熱儲溫度，取地熱1號井的井口平均溫度65.75℃；t0為當地年平均氣溫，取年平均氣溫7.2℃；Cw為水的比熱容，取4.18kJ/m3·℃。經計算可知用水開采100a的采出熱量為1.34×1013J。

5 地熱取水可靠性分析

5.1 熱儲量分析

根據以上計算結果可知，論證區的熱儲面積為54.59 km2，地熱資源總量為[1]2.794×1017J。最大出水量和用水開采100a的采出熱量[3]為1.34×1013J。所采熱量占論證區熱儲量的不足0.1%[4]。論證區的地熱儲量完全可以滿足項目的供熱要求。

5.2 地熱水量分析

分析計算可知，地熱水資源總量為5.86×108m3，其中彈性儲存量為4.06×108m3[4]。單井開采條件下100a降深200m可開采彈性儲存量[5]為5.459×107m3，日允許開采量為1495.62 m3，占論證區彈性可采儲量的13.4%[5]，所以，彈性儲量可以滿足取水量要求。

6 結 語

經過計算地熱資源，確定工藝合理，結構穩定，各項指標均合格的完井[5]。地下熱水通過抽水試驗和水質分析，水位穩定，輸出水量和水溫等都是穩定的，符合用水的要求，能保證正常使用。

[1]李娜偉,楊玉光.阜新市東梁地區地熱溫泉可利用量評價[J].地下水，2014(02)：34-35.

[2]許丕偉.阜新盆地東梁區地熱資源地質條件分析[J].今日科苑，2010(04)：162.

[3]王金龍,許丕偉.阜新盆地阜新市區地熱資源地質條件簡析[J].中國新技術新產品，2011(20)：38.

[4]王朝輝,吳昊.阜新地區地熱資源和影響因素研究[J].遼寧工業大學學報：自然科學版，2013(02)：124-126.

[5]李瑩瑩,史峻寧.阜新市地熱資源前景分析[J].中國新技術新產品，2012(21)：221.

1007-7596(2017)08-0131-02

2017-07-20

崔玉乙(1983-)，男，遼寧瓦房店人，工程師，從事水庫移民后期扶持工作，

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