天津地區(qū)地熱單對井資源評價技術要求

1、關于印發(fā)天津地區(qū)地熱單（對）井資源評價技術要求的通知 津國土房熱2006239號各區(qū)縣規(guī)劃和國土資源局（地礦局）、地勘單位、地熱開發(fā)單位：現(xiàn)將天津地區(qū)地熱單（對）井資源評價技術要求印發(fā)給你們，請遵照執(zhí)行。   二六年三月十七日 天津地區(qū)地熱單（對）井資源評價技術要求1 總則1.1地熱資源是一種清潔的能源，它的開發(fā)利用對城市發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護起到了一定的促進作用。地熱資源已通過法律形式確定為可再生資源，因此必須在科學、合理、有效的管理和指導下進行開發(fā)，以達到可持續(xù)開發(fā)的目標。單井資源評價是以此為指導目標，通過評價其合理單井可開采量，為地熱資源評價和開發(fā)利用

2、的科學管理、規(guī)劃提供基礎依據(jù)。天津地熱資源從勘探到開發(fā)、利用已有20余年歷史。當前地熱開采井群已遍及各地熱田范圍，并且申請開鑿地熱井用戶有逐年增加勢頭。形勢需要我們對地熱資源量再度審視，尤其對新開發(fā)地熱井組、開采與回灌的動平衡把握，需要對單（對）井資源量進行切合實際的資源評價工作。為加強地熱資源管理、科學統(tǒng)籌規(guī)劃、合理開發(fā)利用，盡量做到只采熱能，不改變承壓熱能的水頭壓力，有效保護地熱資源，長期造福于人民，為地熱資源管理提供科學依據(jù)，特制定本技術要求。1.2 編制本要求依據(jù):（1）地熱資源地質勘查規(guī)范（GB1161589）；（2）地熱資源地質勘查規(guī)范（GB/T 11615-200×）；

3、（3）地熱資源評價方法（DZ40-85）；（4）地熱單井勘查報告審批要求（儲辦發(fā)199651號）；（5）依據(jù)地熱井地熱地質條件及產(chǎn)水層類型，參照有關書刊、文獻進行評定。 1.3 單（對）井評價原則： 要維持連續(xù)、穩(wěn)定的開采量，以最少50年的地熱井壽命考慮，其地熱流體資源量必須得以保證。為此在計算儲存量的同時，也要考慮回灌井的調節(jié)作用。一般情況下，一是根據(jù)需求量和地熱地質條件首先擬定開采方案，以此計算出允許開采量；二是通過回灌量的補給，對儲存量的調節(jié)作用，并以此來評價開采量的穩(wěn)定性；三是出于地熱資源的特點，要強化保護，限量開采，保持久用不衰的原則。 1.4 本要求中的熱儲層頂、底板埋深、水位（水

4、頭）埋深均以自然地面起算。 1.5 本要求中的靜止水位埋深、動水位埋深均按熱儲平均溫度下的水密度換算。 1.6 評價熱儲層導水性能時，為消除溫度的影響統(tǒng)一用滲透率表征。 1.7 為獲得熱儲層全面、準確的水文地質參數(shù)，應充分利用周圍已有的地熱井做觀測孔（如對井）。 1.8 單井抽水試驗時，最大降深試驗應按非穩(wěn)定流方法進行，初步了解熱儲層全面的水文地質參數(shù)。2 地熱井單（對）井資源評價抽水試驗技術要求2.1單井抽（放）水試驗前期要求對負水頭承壓井采用定流量抽水試驗，對自流井（正水頭）采用定降深（壓）放水試驗。在條件允許的情況下，采用壓力觀測進行抽水降壓試驗。2.1.1洗井對比及水位天然動態(tài)觀測要求

5、2.1.1.1 洗井的目的：疏通含水層，使熱儲層達到最佳出水能力、初步確定抽水最大降深（Smax）及采用水位恢復法初步確定熱液靜止水位（水頭）埋深。2.1.1.2 洗井方法及技術要求抽水試驗前必須采用機械、化學方法進行充分洗井。一般采用空壓機或空壓機與大型水泵聯(lián)合震蕩洗井，在產(chǎn)水量較小的碳酸鹽巖地層，如在空壓機洗井效果欠佳的情況下，需進行地層壓裂、酸化處理。洗井對比次數(shù)必須三次以上，相鄰兩次對比其單位涌水量平均相對變化小于5且達到水清砂凈，方可進行抽水試驗。2.1.1.3抽水試驗設備的選擇及準備工作根據(jù)洗井、試水情況，選擇揚程、出水量、耐溫度、功率等技術指標相適宜的水泵型號。檢查觀測水位、水量

6、、水溫等用品和工具，工作人員必須明確試驗的目的、方法，做好記錄，并在現(xiàn)場繪制必要的草圖。一切按預定方案執(zhí)行，試驗中發(fā)現(xiàn)問題及時糾正。2.1.2 地下熱水天然動態(tài)監(jiān)測為消除地下熱水位天然動態(tài)對抽水試驗的影響，抽水試驗前必須對地下水位進行24小時天然動態(tài)觀測，觀測頻率為1次/h，觀測精確到厘米。2.2 抽（放）水試驗一般技術要求抽水試驗前需由專業(yè)部門制定抽水試驗方案，其技術要求應滿足勘查規(guī)范中單孔、多孔抽水試驗要求，依據(jù)熱儲類型確定抽水試驗的方法和試驗要求，實施部門嚴格按照方案進行。基巖巖溶裂隙型熱儲試水時，動水位在較短時間內達到穩(wěn)定，抽水量以消耗徑流補給量為主，因此用穩(wěn)定流方法較為適宜。孔隙型熱

7、儲（即明化鎮(zhèn)組和館陶組熱儲）在天津地區(qū)的分布特點是：范圍大、多層大厚度空間展布。地熱井試水時，動水位往往長時間才能達到穩(wěn)定，抽水量以消耗儲存量為主。故采用非穩(wěn)定流進行抽水試驗。2.2.1 穩(wěn)定流抽水試驗該方法通過涌水量及所對應的井中水位降深計算熱儲層水文地質參數(shù)，并通過抽水降深與其對應的涌水量關系，擬合Q-f(S)曲線，推算單井最大涌水量。適合基巖巖溶裂隙型熱儲，包括奧陶系（O）、寒武系（?）、薊縣系霧迷山組(Jxw)熱儲。為確定Q-S曲線形態(tài)，一般進行三次降深試驗，反向抽水，先進行最大降深（S3=Smax）抽水試驗，其后為中、小降深，降深比例分別為大降深的1/3和2/3左右。各抽水穩(wěn)定（即觀

8、測水位每小時波動小于5-8cm）延續(xù)時間分別為24、8、8小時。2.2.2 非穩(wěn)定流抽水試驗適合孔隙型熱儲，包括新近系明化鎮(zhèn)組(Nm)、館陶組(Ng)及古近系(E)熱儲。一般進行23次降深抽水試驗，最大降深試驗延續(xù)時間大于32小時（視具體情況在水溫穩(wěn)定情況下，應滿足兩個對數(shù)周期），中、小降深延續(xù)時間分別為8、4小時即可。注：利用大降深試水資料進行熱儲層水文地質參數(shù)計算。中、小降深試水資料求取熱水靜水頭。當進行多孔抽水試驗時，以地熱井最大出水能力作為抽水量，抽水延續(xù)時間不少于10000分鐘。抽水試驗結束前，必須取全分析水樣一組。最大降深試驗結束，立即進行水位恢復觀測。恢復水位觀測按非穩(wěn)定流方法進

9、行，拐點出現(xiàn)后再觀測3-5個數(shù)據(jù)即可結束。2.2.3 抽水試驗觀測要求a.抽水試驗過程中，要求水溫、流量及主井和觀測孔水位同步觀測。抽水前準確觀測水頭埋深及靜水水面溫度。b.穩(wěn)定流觀測時間為抽水開始后第5、10、15、20、25、30、40、60、80、120min,之后每小時觀測一次。c.非穩(wěn)定流觀測時間為抽水開始后第1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30、35、40、50、60、80、100、120min,之后每30min觀測一次。d.水位觀測單位為米，數(shù)據(jù)精確到厘米。e.流量和水溫觀測數(shù)據(jù)精確到十分位（小數(shù)點后一位）。2.2.4 資料整理a.檢查記錄表，對水位、水量、水溫、

10、觀測時間等數(shù)據(jù)，要進行審查、校對，發(fā)現(xiàn)有誤可根據(jù)情況進行修正，并謄清一份存檔。b.靜水（頭）位埋深修正抽水前測得的靜水位埋深，是未開采前保持的靜止水位埋深。即水溫自上而下逐漸增高的水柱，它不能代表抽水狀態(tài)下的靜水位埋深，必須修正成抽水時上下形成統(tǒng)一熱力場的熱水靜水頭埋深，才能與觀測的水位埋深、水量、水溫相匹配進行參數(shù)計算。c.繪制抽水曲線圖1 涌水量歷時曲線：Qt曲線2 降深歷時曲線： St曲線3 Slgt曲線4 qf(Q)曲線及Qf(h)曲線5 計算參數(shù)時所需要的相應曲線 2.3 一般熱儲層水文地質參數(shù)的計算方法.2.3.1靜水位埋深的修正方法a.公式計算法 水位校正(換算到熱儲層平均溫度)

11、 ，可用公式（21）進行校正。h=H- (21)式中：h校正后水位埋深(m)；H取水段中點的埋深（m）；h1觀測水位埋深（m）；h0基點高度（m）；平地熱井內水柱平均密度（kg/m3）；高熱儲最高溫度對應密度（kg/m3）。 b.作圖法 依據(jù)抽水試驗時三次降深測得的動水頭（hi）和出水量(QI)作圖，反算熱水靜水位。即曲線交于縱軸出水量為零時，便是熱水靜水位埋深。此法簡便、真實、實用。 c.粗略概推法 停泵后，立即觀測恢復水位，由于熱儲層的高壓力，動、勢能量的轉換，當水位恢復到最高點，即熱水頭高度。此方法可為參考。2.3.2 單位涌水量計算，可用下式進行計算。q = Q/S (2-2)式中：q

12、單位涌水量（m3/h·m）； Q單井涌水量(m3/h)； s抽水降深值(m)。需根據(jù)各個落程的數(shù)據(jù)，做出Q=f(s)關系曲線圖。Q-S解析式的確定方法一 S=a1Q+a2Q2+a3Q3 a1、a2、a3 為待定系數(shù)；Q-s解析式確定方法二依據(jù)三次降深試水資料（QI;SI）,采用曲度法確定曲線類型，并用最小二乘法計算系數(shù)。（詳見供水水文地質手冊第二冊）當抽水降落漏斗未到達熱田邊界時，采用以下方法計算2.3.3 穩(wěn)定流抽水試驗求參方法穩(wěn)定流抽水試驗求參方法可以采用Dupuit 公式法a.單井抽水試驗時的Dupuit 公式及溪哈爾特抽水引用影響半徑經(jīng)驗公式。承壓完整井： (2-3) （溪哈

13、爾特公式） （2-4） 式中 K含水層滲透系數(shù) (m/d); Q 單井涌水量 (m3/d); sw井筒水位降深值 (m); M承壓含水層有效厚度 (m); R 抽水影響引用半徑 (m); rw抽水井熱儲段半徑 (m)。利用（23）和（24）式，采用迭代法計算熱儲層水文地質參數(shù)b.當帶有一個觀測孔時的Dupuit 或Thiem公式承壓完整井： (2-5) c.帶有兩個觀測孔時Thiem公式： (2-6)式中 hw 抽水井中水柱高度 (m);h1、h2與抽水井距離為r1和r2處觀測孔（井）中水柱高度 (m)，分別等于初始水位H0與井中水位降深s之差，h1=H0 s1；h2=H0s2。其余符號意義同

14、前。當?shù)責峋械慕瞪钶^大時，可采用修正降深。修正降深s與實際降深s之間的關系為： (2-7) H0：靜止水頭高度（m） d. 采用壓力測試方法的求參公式 式中：K熱儲層滲透系數(shù)（m/s） Q抽水流量（kg/s） g重力加速度（m/s2） M熱儲層有效厚度(m) r1觀測孔與抽水孔之間的距離（m） rw抽水孔出水段的半徑（m） P使水達到穩(wěn)定狀態(tài)下時抽水孔與觀測孔之間的壓力差（Pa） 無觀測孔時: r1為抽水影響半徑，采用（24）式計算。2.3.4 承壓水非穩(wěn)定流抽水試驗求參方法aTheis 配線法兩張相同模數(shù)的雙對數(shù)坐標紙上，分別繪制Theis 標準曲線W(u)-1/u 和抽水試驗數(shù)據(jù)曲在線s

15、-t，保持坐標軸平行，使兩條曲線配合，得到配合點M的水位降深s、時間t、Theis井函數(shù)w(u)及1/u的數(shù)值?；蛟谀?shù)為6.25cm的雙對數(shù)透明紙上繪制s-t抽水試驗曲線與W(u)-1/u標準量板套對，按下列公式計算參數(shù)（r為抽水井半徑或觀測孔至抽水井的距離）： (2-8) (2-9) (2-10) (2-11)b.Jacob 直線圖解法當抽水試驗時間較長，u= r2/(4at)0.01時，在單對數(shù)坐標紙上抽水試驗數(shù)據(jù)曲線s-lgt為一直線（延長后交時間軸于t0， 此時s=0.00m），在直線段上任取一個對數(shù)周期，查得t1、s1、t2、s2，則有 (2-12) (2-13) (2-14) c

16、. 采用壓力測試的求參方法使用條件：當徑向距離較小、抽水延續(xù)時間較長時，P-lgt 呈直線段，這時： 式中：P抽水孔壓力降低值（Pa）； S彈性釋水系數(shù)（無量綱）； T導水系數(shù)(m2/s)； t抽水延續(xù)時間（s）； 其余符號與（2.3.3中d）相同實際應用中采用半對數(shù)法用抽水孔資料進行求參。 2.3.5 復雜條件下熱儲水文地質參數(shù)的計算如抽水影響受到不同水文地質邊界影響時，則選則符合水文地質條件的公式進行計算，（參見供水水文地質手冊第二冊）。或按邊界水力性質設置虛井按勢疊加原理進行計算。3.地熱井單井可開采量計算與確定3.1單井涌水量的確定一般可依據(jù)地熱井單井穩(wěn)定流抽水試驗資料繪制的Q=f(s

17、)曲線，確定水流方程以內插法計算確定。對于層狀熱儲地熱田，則應依據(jù)該井開采可能影響區(qū)內的可采熱儲存量與地熱井開采期排放的總熱量進行均衡驗算確定。3.2 單井50年地熱開采總量計算3.2.1 井域熱儲層單位面積可采熱儲量計算依據(jù)地熱井抽水試驗資料，用內插法(最大水位降深以不大于30 m為宜，區(qū)域水位下降速率不大于2m/a)初步確定地熱井可開采流體量，并以公式(3-1)計算按此量開采50年所排放的總熱量。 (3-1)式中：QW地熱井開采50年所排放的總熱量(kJ)；Q地熱井的日可開采量(m3/d)；CW地熱水平均比熱容(kJ/(m3·)；tW地熱水平均溫度()；t0天津地區(qū)常溫層溫度()

18、;T-50年內單井累計抽水天數(shù)（d）;依據(jù)地熱井地質剖面，按公式(3-2)計算確定地熱井開采利用熱儲層單位面積可開采的熱儲存量。 (3-2)式中：Qr 地熱井開采影響區(qū)內單位面積可開采熱儲量(kJ/m2)；K 熱儲層地熱采收率(0.150.20)；H 地熱井所利用的熱儲層厚度(m)；Cr 熱儲層的平均比熱容(kJ/(m3·)；tr 熱儲層平均溫度 ()；t0天津地區(qū)常溫層溫度()。3.2.2 單井50年地熱開采所需熱儲水平面積計算按均衡原理以公式(3-3)計算熱儲層可采熱儲存量與地熱井開采50年排放總熱量保持均衡所需的熱田面積，并按圓面積公式估算地熱井的井距。 (3-3)式中：F保持

19、均衡所需的熱田面積(m2)；QW地熱井開采50年所排放的總熱量(kJ)；Qr 地熱井開采影響區(qū)內可開采熱儲量(kJ/m2)。3.2.3 地熱開采井布井合理間距（D）計算 （3-4）在該地熱田尚無其它地熱生產(chǎn)井或已有井的井距超過計算的布井間距，可將地熱井抽水試驗資料初步確定的可開采量作為該井的可開采量；若已有井井距小于計算的布井間距，則應以已有井距的二分之一為半徑劃定的圓面積作為該井可開采的控制范圍，并以該范圍內的可采熱儲存量作為該井地熱水開采允許排放的熱量，進而反求其可開采量。當抽水影響直徑大于熱均衡原理計算的井距時以抽水影響直徑作為井距。3.3 對井開采的開采量評價3.3.1 回灌井可灌量計

20、算方法一： (3-5) Q-回灌量（m3/d）；D-對井井底距離（m）; b-熱儲層有效厚度（m）； t-冷熱水峰面到達開開采井的允許時間（d，按50年計）； ww aa-流體和含水層的熱容 （MJ/m3.）。方法二：可用熱儲層吸收率計算（見式3-6）。 Q = P M H (3-6) Q穩(wěn)定回灌量（m3/d）；P熱儲層吸收率（m3/d·m2）； M熱儲層有效厚度（m）； H回灌時孔內水位上升的穩(wěn)定高度（m）。地熱回灌井評價其可回灌量，一些計算參數(shù)需通過實際回灌試驗確定或采用類比方法獲得，通過相似熱儲回灌狀況來分析確定。3.3.2 開采井可采量計算依據(jù)地熱開采井抽水試驗資料，用內插法初步確定地熱井可開采流體量?？梢罁?jù)回灌井可回灌評價結果確定可采流體量。3.3.2.1 當可回灌量達到60m3/h以上，最大水位降深以不大于50 m為宜，區(qū)域水位下降速率不大于2m/a，確定為開采井開采量。3.3.2.2 當可回灌量小于60m3/h，最大水位