高青縣南部熱儲(chǔ)概念模型研究

高青縣南部熱儲(chǔ)概念模型研究

作為一種清潔的可支配能源c.d.使用了世界上60多個(gè)國(guó)家，直接使用了cd.，并表現(xiàn)出了較高的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。因此，可支配區(qū)域能源的開發(fā)被用作可持續(xù)發(fā)展的重要手段。f=。不過(guò),地?zé)豳Y源的合理開發(fā)必須建立在對(duì)其資源量和分布規(guī)律的科學(xué)評(píng)價(jià)基礎(chǔ)之上［８－１１］。山東省高青縣南部地區(qū)地?zé)豳Y源豐富,但對(duì)其研究程度較低。本文擬對(duì)該地區(qū)地?zé)豳Y源進(jìn)行合理評(píng)價(jià),以期為地?zé)豳Y源的合理開發(fā)利用提供依據(jù)。1研究區(qū)地質(zhì)背景高青縣位于山東省淄博市北部,地處魯北平原。研究區(qū)位于高青縣城以南約6km,西起宋家,東到夏莊東,北自雙柳樹,南至唐口南,地理坐標(biāo)為:東經(jīng)117°40′30″-118°00′45″,北緯37°04′00″-37°07′00″,總面積172.6km２。研究區(qū)地處華北平原坳陷區(qū)(Ⅱ級(jí)構(gòu)造)、濟(jì)陽(yáng)坳陷區(qū)(Ⅲ級(jí)構(gòu)造)的南部(圖1),屬于東營(yíng)凹陷之博興凹陷西部,為一大型沉積盆地的一部分,其西部是青城凸起,南部是魯西隆起,東部是博興凹陷主體。基底地層由太古界、古生界、中生界組成;蓋層為巨厚的新生界,自下而上為:古近系孔店組、沙河街組、東營(yíng)組,新近系館陶組、明化鎮(zhèn)組,第四系平原組,新生界沉積厚度最大達(dá)3000m以上。區(qū)內(nèi)主要地質(zhì)構(gòu)造有高青斷裂、寨子斷裂以及大王家斷裂,而褶皺構(gòu)造不明顯。2熱儲(chǔ)含水層厚度新近系館陶組和古近系東營(yíng)組是區(qū)內(nèi)的兩個(gè)主要熱儲(chǔ)層,巖性主要為棕黃、褐黃、棕紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖與淺黃色砂巖組合。館陶組熱儲(chǔ)層:頂界埋深為700~800m,底界埋深為900~1100m,地層厚度200~400m(見圖2),但在高青斷裂附近地層厚度變化明顯。其中熱儲(chǔ)含水層累計(jì)厚度約為60~100m,單層厚1.0~30.0m。含水層巖性以細(xì)砂巖為主,粗砂巖和中細(xì)砂巖次之,平均孔隙度在26.24%左右。地?zé)崴疁囟葹?0~50℃。東營(yíng)組熱儲(chǔ)層:頂界埋深為900~1100m,底界埋深為1200~1400m,地層厚度250~350之間(見圖3)。該區(qū)石油井通14揭穿該熱儲(chǔ)含水層,揭露深度為1320m左右,揭露熱儲(chǔ)含水層厚度在55~90m左右,單層厚1.10~8.60m。含水層巖性以中細(xì)砂巖為主,細(xì)砂巖次之,平均孔隙度在31.41%左右。地?zé)崴疁囟葹?0℃~60℃。受高青斷裂和大王家斷裂影響,館陶組、東營(yíng)組兩個(gè)熱儲(chǔ)層埋藏深度由南向北方向逐漸增大,熱儲(chǔ)層厚度亦有自南向北逐漸變厚的規(guī)律。3地?zé)豳Y源溫度分布根據(jù)《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘察規(guī)范》(GB11615-89)中地?zé)豳Y源溫度分級(jí)規(guī)定,本區(qū)地?zé)豳Y源屬于低溫地?zé)豳Y源,熱儲(chǔ)含水層屬溫?zé)崴秃畬印?.1地溫梯度調(diào)查地溫場(chǎng)是經(jīng)長(zhǎng)期地質(zhì)發(fā)展歷史的演變而形成的,受控于區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)、基底巖石的起伏、蓋層巖性與厚度、斷裂及地下水活動(dòng)等諸多地質(zhì)因素。區(qū)域構(gòu)造(凸起、凹陷、斷裂等)是控制地溫場(chǎng)分布的主要因素,其它因素主要影響局部地溫場(chǎng)的變化。第四系淺井測(cè)溫資料顯示,在埋深30m處,地溫比較穩(wěn)定,多在15.1℃左右,比多年平均氣溫高2℃左右,故確定恒溫層埋深為30m,恒溫層溫度確定為15.1℃,而整個(gè)東營(yíng)凹陷內(nèi)平均地溫梯度值均在3℃/100m以上。根據(jù)區(qū)內(nèi)深井井溫測(cè)量可以得出第四系和新近系明化鎮(zhèn)組的地溫梯度值,據(jù)此繪出工作區(qū)地溫梯度等值線,同時(shí)綜合鉆井資料分析圈定地?zé)岙惓^(qū)。本次評(píng)價(jià)將工作區(qū)內(nèi)東營(yíng)凹陷區(qū)平均地溫梯度確定為3.2℃/100m,見圖4。3.2層序地層格架區(qū)內(nèi)新近系館陶組熱儲(chǔ)層和古近系東營(yíng)組熱儲(chǔ)層均為層控型熱儲(chǔ),呈層狀分布,巖性厚度比較穩(wěn)定。其熱儲(chǔ)概念模型可描述如下。(1)熱源及通道。本區(qū)熱源為地殼深部熱流,以正常地溫傳導(dǎo)為主。地?zé)崽镂挥诟咔鄶嗔褨|南。高青斷裂形成于中生代末期,規(guī)模較大,為凸起與凹陷之分界。長(zhǎng)期活動(dòng)的斷裂構(gòu)造溝通了熱儲(chǔ)層與熱源的聯(lián)系,成為熱源及水的較好通道。(2)熱儲(chǔ)層。新近系館陶組和古近系東營(yíng)組。(3)蓋層。館陶組和東營(yíng)組熱儲(chǔ)層的蓋層為上覆的第四系和新近系明化鎮(zhèn)組,總厚度700~800m。蓋層巖性由多層黏性土、砂性土、砂層、泥巖及砂巖組成,為良好的隔熱保溫層(圖5)。(4)補(bǔ)給水源。本區(qū)地?zé)崴膩?lái)源為大氣降水。降水入滲后,一部分沿?cái)嗔褞Щ驇r層孔隙向深部運(yùn)移,經(jīng)過(guò)緩慢的循環(huán)交替徑流運(yùn)動(dòng)后被圍巖加熱,形成地?zé)崴?。根?jù)《地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)方法》(DZ40-85),可利用熱儲(chǔ)應(yīng)具備兩個(gè)條件:11000m以淺溫度>40℃;2單井出水量>20m３/h或熱儲(chǔ)層導(dǎo)水系數(shù)大于1達(dá)西米(1達(dá)西=0.987μm２)。經(jīng)計(jì)算,館陶組和東營(yíng)組熱儲(chǔ)導(dǎo)水系數(shù)均大于1達(dá)西米,是區(qū)內(nèi)主要可開發(fā)利用的兩個(gè)層狀熱儲(chǔ)。雖然其中地下水徑流速度較緩慢,補(bǔ)給條件較差,但熱儲(chǔ)分布范圍廣,厚度較大,供水能力較強(qiáng),因此是本評(píng)價(jià)的主要目的層。4熱資源評(píng)價(jià)4.1不考慮動(dòng)態(tài)補(bǔ)給研究區(qū)地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)的對(duì)象為館陶組和東營(yíng)組等具有一定開發(fā)利用價(jià)值的層狀熱儲(chǔ),對(duì)成熱條件差的地段不予評(píng)價(jià),且評(píng)價(jià)不考慮動(dòng)態(tài)補(bǔ)給。評(píng)價(jià)內(nèi)容包括:地?zé)豳Y源量和可利用地?zé)豳Y源量、熱水儲(chǔ)存資源量和熱水允許可采資源量,評(píng)價(jià)開采年限為100a,評(píng)價(jià)深度下限為2000m。評(píng)價(jià)方法為:采用用熱儲(chǔ)法［１２－１４］計(jì)算地?zé)豳Y源量,采用回收率法［１５］計(jì)算可利用地?zé)豳Y源量,采用體積法［１５］地下熱水儲(chǔ)存量,采用最大降深法［１６］計(jì)算地下熱水的允許開采資源量。4.2層壓計(jì)算面熱儲(chǔ)層的面積:根據(jù)熱儲(chǔ)層空間分布特征,以高青斷裂為界,將館陶組熱儲(chǔ)層劃分為IＧ、IIＧ兩個(gè)計(jì)算分區(qū),平面分布見圖2;以大王家斷裂為界,將東營(yíng)組熱儲(chǔ)層劃分為IＤ、IIＤ兩個(gè)計(jì)算分區(qū),各分區(qū)平面分布見圖3。各區(qū)計(jì)算面積見表1。熱儲(chǔ)層的厚度:根據(jù)物探電測(cè)井、鉆探巖芯錄井地質(zhì)資料,把粉砂巖、細(xì)砂巖及中砂巖巖層中孔隙度大于20%的巖層均看作熱儲(chǔ)含水層,分別確定了館陶組和東營(yíng)組各計(jì)算分區(qū)的熱儲(chǔ)含水層厚度,該熱儲(chǔ)含水層厚度值為各計(jì)算分區(qū)的熱儲(chǔ)含水層厚度平均值(見表1)。熱儲(chǔ)層的溫度:首先根據(jù)鄰區(qū)井資料及地質(zhì)資料得出一個(gè)溫度值,其次再根據(jù)平均地溫梯度3.2℃/m計(jì)算求得一個(gè)溫度值,第三步取前面兩個(gè)溫度值的平均值作為本次計(jì)算的熱儲(chǔ)層溫度(見表2)。對(duì)于巖石和水的物理參數(shù)以及熱儲(chǔ)層內(nèi)地下水動(dòng)力參數(shù),則根據(jù)區(qū)內(nèi)前前人勘探資料及本次勘察成果直接確定,具體數(shù)值見表1。4.3熱固層熱評(píng)價(jià)的結(jié)果表明4.3.1熱儲(chǔ)層地?zé)豳Y源量經(jīng)計(jì)算,館陶組熱儲(chǔ)的資源量為1.2028×10１８J,折合標(biāo)準(zhǔn)煤4.142×10７t;東營(yíng)組熱儲(chǔ)的資源量為1.3133×10１８J,折合標(biāo)準(zhǔn)煤4.445×10７t;區(qū)內(nèi)總的地?zé)豳Y源量為2.5161×10１８J,折合標(biāo)準(zhǔn)煤8.587×10８t。詳見表3。熱儲(chǔ)層地?zé)豳Y源量不可能全部被開采利用,只能開采一部分,二者比值稱為回收率。此次評(píng)價(jià)中,回收率采用25%,經(jīng)計(jì)算該區(qū)可利用地?zé)豳Y源量為6.290×10１７J,折合標(biāo)準(zhǔn)煤2.147×10７t,見表4。4.3.2地下熱水、地?zé)峋畣尉克抗浪銋^(qū)內(nèi)新近系、古近系地?zé)崴畯搅魉俣仁志徛?補(bǔ)給條件也較差,補(bǔ)給量相對(duì)于熱水靜儲(chǔ)量來(lái)說(shuō),是較少的,故本文只進(jìn)行熱水儲(chǔ)存量的估算。新近系熱儲(chǔ)層的熱水具承壓性,儲(chǔ)存量由兩部分組成,一部分為熱儲(chǔ)層的容積儲(chǔ)存量,另一部分為彈性儲(chǔ)存量。館陶組孔隙度為0.2624,東營(yíng)組孔隙度為0.3141,各熱儲(chǔ)層平均給水度(μ)近似用各熱儲(chǔ)層的平均孔隙度代替,即:館陶組μ=0.2624,東營(yíng)組μ=0.3141。再根據(jù)鄰區(qū)資料,本區(qū)新近系、古近系熱儲(chǔ)層彈性釋水系數(shù)均選為μｅ=2×10－４。估算得新近系館陶組地下熱水儲(chǔ)存量為3.536×10９m３,古近系東營(yíng)組地下熱水儲(chǔ)存量為3.007×10９m３,估算結(jié)果見表5。本文采用最大允許降深法［１６］進(jìn)行允許可采熱水資源量估算。該方法要求按照規(guī)定的開采期限、最大允許降深和恒定的單井流量制定開采計(jì)劃,求出區(qū)域內(nèi)能布置的井?dāng)?shù)和開采期達(dá)到最大允許水位降深時(shí),井群能夠獲得的總流量。因區(qū)內(nèi)沒有開采新近系、古近系地?zé)峋?故根據(jù)對(duì)所掌握資料的分析,確定區(qū)內(nèi)地?zé)峋畣尉克?。新近系館陶組底板埋深在900~1100m,地?zé)峋畣尉?0m降深平均涌水量確定為500m３/d;古近系東營(yíng)組底板埋深在1300~1400m之間,地?zé)峋畣尉?0m降深平均涌水量確定為900m３/d左右。開采期限均確定為100a,計(jì)算結(jié)果見表6。5地?zé)豳Y源豐富并存在一定規(guī)模限制(1)本區(qū)2000m以淺地?zé)豳Y源雖屬于低溫地?zé)豳Y源,但本區(qū)熱儲(chǔ)具有分布面積廣、巖性厚度比較穩(wěn)定、有兩個(gè)較好的可開發(fā)利用的熱儲(chǔ)層,即新近系館陶組熱儲(chǔ)和古近系東營(yíng)組熱儲(chǔ)。(2)經(jīng)計(jì)算,地?zé)豳Y源總量為2.5161×10１８J,折合標(biāo)準(zhǔn)煤8.587×10７t,其中館陶組熱儲(chǔ)的資源量為1.2028×10１８J,折合標(biāo)準(zhǔn)煤4.142×10７t,東營(yíng)組熱儲(chǔ)的資源量為1.3133×10１８J,折合標(biāo)準(zhǔn)煤4.445×10７t,區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源蘊(yùn)藏豐富且資源潛力大。(3)按照回收率25%計(jì)算,可利用地?zé)豳Y源總量6.290×10１７J,折合標(biāo)準(zhǔn)煤2.147×10７t。其中新近系館陶組可利用地?zé)豳Y源量3.007×10１７J,折合標(biāo)準(zhǔn)煤1.036×