地热资源可持续开发策略与保护

220 224,2010

地 质 学 刊第34卷 第2期

do:i 10.3969/.j i ssn .1674 3636.2010.02.220

地热资源可持续开发策略与保护

张素娥,李志军,郑喜珍

(河北省地矿局第三水文工程地质大队,河北衡水053000)

摘要:深州地热田是华北地区水质较好、水温较高的地热田之一。为了实现地热资源可持续开发利用,分析了构造断裂和热储层渗透性能对地热水水位下降的影响,采用干扰井水位消减法对合理井距进行了研究,得出了允许开采量、允许布井数及合理井距等地热资源可持续开发利用参数。关键词:水位下降;成因分析;开发策略;保护建议;河北深州

中图分类号:TK 529 文献标识码:A 文章编号:1674-3636(2010)02-0220-05

收稿日期:2009-12-02;修订日期:2010-03-10;编辑:陆李萍

作者简介:张素娥(1969 ),女,硕士,高级工程师,现主要从事地热地质、环境地质工作.

0 引 言

深州地热田位于河北省深州市。自20世纪90年代开采以来,深州地热田地热资源开发得到了快速发展,地热资源开发利用成为深州市新的经济增长点。随着地热资源开采的不断增加,水位出现了较大幅度下降,冬季供暖开采期动水位可达150m 左右,水位下降幅度大大高于河北省区域水位降幅。水位大幅度下降不仅增加了地热资源开采难度,同时对地热资源可持续开发极为不利。

该区以往地热资源研究注重地热资源量评价,地热资源开采方案以地热田地热资源可开采量为依据,一般以开采总量不超过地热田可开采量进行规划,忽略了地质构造对地热资源控制作用和热储层渗透性能对地热井补给影响研究,使地热资源开采中出现了地热井分布的不合理及局部地热资源的超量开采,导致了地热资源集中开采区补给严重不足,集中开采区水位大幅下降状况。本次研究在查明地质构造的基础上,通过抽水试验方法对热储层渗透性能进行研究,分析目前开采条件下的地热水水位下降原因,并在此基础上规划地热资源可持续开采方案,对河北深州地热田地热资源可持续开发具有重要指导意义。

1 深州地热田地质构造及热储层特征

1 1 地质构造

深州地热田位于冀中台陷( 级)、饶阳断凹

(!级)内。本区新生界底部断裂较发育,断裂大多呈北西西向和北东向展布,两组断裂将新生界馆陶组以下地层切割成不规则四边形块状,断裂上、下盘落差一般为20m ~40m 。1 2 热储层特征

本区位于台陷内,分布的主要热储层有明化镇组及馆陶组。

1 2 1 明化镇组热储层 顶界埋深598m ~626m,底界埋深1545m ~1740m,热储岩性以中砂岩、细砂岩为主,地层沉积厚度940m ~1125m,储厚比39%,单层厚度一般4 0m ~12 0m,最厚可达27 3m,孔隙度约26 29%,渗透率156 06(10

-3

m 2

)~448 70(10-3

m 2

),矿化度982m g /L 。1 2 2 馆陶组热储层 底界埋深2259m ~2400m,热储岩性以砂岩、含砾砂岩、砂砾岩、砾岩为主,夹粉砂岩,地层厚度615m ~788m,储厚比40 76%,砂层单层厚度一般3 5m ~14 5m ,最厚可达25 8m,孔隙度约19 18%,渗透率44(10-3

m 2

)~492(10-3

m 2

),

矿化度1 941m g /L~3 047mg /L 。

2 地热资源开采及水位下降现状

2 1 地热资源开采利用现状及存在问题

2 1 1 开采利用现状 目前,深州市区共有地热井8眼。地热井分布较为集中,形成了市区中心集中开采区,开采层位以馆陶组为主,年开采量219 86

∀104m 3

(表1),以供暖、洗浴利用为主。

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2 1 2 主要存在问题 #开采层位、区位过于集中,地热资源开采不均衡,造成集中开采区馆陶组热储层超量开采。∃尾水排放温度高,缺乏地热资源梯级利用,地热资源保护措施滞后。

表1 深州市区地热井开发利用现状

井号深热1深热2深热3深热4深热5深热6深热8牛1井深/m2277 262285 762338 672269 531939 212131 512279 391515 00利用层位N g N g N g N g N m+N g N m+N g N m+N g N m 水温/%77 083 086 079 064 066 570 052 5年开采量/(104m3)15 5239 6028 9225 0428 0424 0030 8027 94

2 2 水位动态

明化镇组热储多年水位呈不断下降趋势,动态类型属开采 弱径流 疏干型。以牛1井为例, 2004年4月成井时,静水位25 70m,2008年11月,静水位降至35 67m,年均下降速率2 49m。

馆陶组热储多年水位呈不断下降趋势,动态类型属开采 弱径流 疏干型。如深热2井,2002年10月,静水位高出地面0 71m,2008年11月,静水位埋深降至地面以下25 66m,年均下降速率4 40 (图1)。深热3井,1996年10月成井时静水位为4 54m,2008年11月,水位降至28 56m,年均下降速率2 00m 。

图1 深热2井多年水位动态曲线图

2 3 水位下降因素分析

2 3 1 断裂阻水作用对水位下降的影响分析 馆陶组底界断裂较发育,断裂大多呈北西西向和北东向展布,两组断裂将新生界馆陶组以下地层切割成不规则四边形块状,断裂上下盘落差一般为20m~ 40m。断裂存在一定的断距,使上下盘砂层错开,如果砂层对应率高,形成导水断层,如果砂层对应率低,则形成阻水断层。

位于深热1井、深热4井与深热2井之间分布一北东 南西向断裂(图2)。深热1井、深热2井、深热3井、深热4井为馆陶组同层井。孔组抽水试验显示,当深热2井抽水时,深热1井、深热4井水位未呈现下降现象,与深热2井同一断块内的深热3井水位出现明显下降,从而证实了位于深热1井、深热4井与深热2井之间的断层表现为一定阻水性质。阻水断裂阻断了深热2井开采时来自其西侧的侧向径流补给,使深热2井补给能力受到一定影响,导致了深热2井单位出水率(0 0053m3/h&m&m)明显小于同一断块内的深热3井单位出水率(0 0102m3/h&m&m)。

因此,阻水断裂构造的存在,使位于阻水断裂附近的地热水补给能力减弱,从而造成了地热水水位下降的增大。

2 3 2 热储层渗透性对水位下降的影响分析 深州地热田位于饶阳凹陷区,从深州地热田与位于新河断凸的衡水地热田对比显示,受热储层岩性结构影响,深州地热田热储层渗透性能较差。物探测井资料显示,深州地热田馆陶组平均孔隙度为19 18%,渗透率44(10-3 m2)~492(10-3 m2),远低于衡水地热田馆陶组孔隙度(31 785%)、渗透率67 2(10-3 m2)~991(10-3 m2)。抽水试验结果显示,深州地热田馆陶组渗透系数为0 39m/d,衡水地热田渗透系数为1 059m/d,深州地热田馆陶组渗透系数仅为衡水地热田馆陶组的1/2 72。

渗透性能较差使得地热井开采时侧向补给较慢,造成了开采水位降深过大(深热2井开采量116m3/h 时,动水位降深达108 52m),经过供暖期长时期开采,停抽后水位难以恢复的状况,从而导致水位呈较大降幅下降态势。如深热2井,2006年10月30日供暖前测得水位埋深为4 14m,经过冬季供暖长时间抽水,水位出现大幅度下降,2007年3月15日供暖结束,2007年4月30日测得水位埋深为20 52m,经过开采淡季期的恢复,2007年10月30日水位埋深恢复至7 65m,水位远未恢复至上一年水准。