天津地区地热单(对)井资源评价技术要求.doc

关于印发天津地区地热单（对）井资源评价技术要求的通知津国土房热2006239号各区县规划和国土资源局（地矿局）、地勘单位、地热开发单位：现将天津地区地热单（对）井资源评价技术要求印发给你们，请遵照执行。 二六年三月十七日天津地区地热单（对）井资源评价技术要求1 总则1.1地热资源是一种清洁的能源，它的开发利用对城市发展和生态环境保护起到了一定的促进作用。地热资源已通过法律形式确定为可再生资源，因此必须在科学、合理、有效的管理和指导下进行开发，以达到可持续开发的目标。单井资源评价是以此为指导目标，通过评价其合理单井可开采量，为地热资源评价和开发利用的科学管理、规划提供基础依据。天津地热资源从勘探到开发、利用已有20余年历史。当前地热开采井群已遍及各地热田范围，并且申请开凿地热井用户有逐年增加势头。形势需要我们对地热资源量再度审视，尤其对新开发地热井组、开采与回灌的动平衡把握，需要对单（对）井资源量进行切合实际的资源评价工作。为加强地热资源管理、科学统筹规划、合理开发利用，尽量做到只采热能，不改变承压热能的水头压力，有效保护地热资源，长期造福于人民，为地热资源管理提供科学依据，特制定本技术要求。1.2 编制本要求依据:（1）地热资源地质勘查规范（GB1161589）；（2）地热资源地质勘查规范（GB/T 11615-200）；（3）地热资源评价方法（DZ40-85）；（4）地热单井勘查报告审批要求（储办发199651号）；（5）依据地热井地热地质条件及产水层类型，参照有关书刊、文献进行评定。 1.3 单（对）井评价原则： 要维持连续、稳定的开采量，以最少50年的地热井寿命考虑，其地热流体资源量必须得以保证。为此在计算储存量的同时，也要考虑回灌井的调节作用。一般情况下，一是根据需求量和地热地质条件首先拟定开采方案，以此计算出允许开采量；二是通过回灌量的补给，对储存量的调节作用，并以此来评价开采量的稳定性；三是出于地热资源的特点，要强化保护，限量开采，保持久用不衰的原则。 1.4 本要求中的热储层顶、底板埋深、水位（水头）埋深均以自然地面起算。 1.5 本要求中的静止水位埋深、动水位埋深均按热储平均温度下的水密度换算。 1.6 评价热储层导水性能时，为消除温度的影响统一用渗透率表征。 1.7 为获得热储层全面、准确的水文地质参数，应充分利用周围已有的地热井做观测孔（如对井）。 1.8 单井抽水试验时，最大降深试验应按非稳定流方法进行，初步了解热储层全面的水文地质参数。2 地热井单（对）井资源评价抽水试验技术要求2.1单井抽（放）水试验前期要求对负水头承压井采用定流量抽水试验，对自流井（正水头）采用定降深（压）放水试验。在条件允许的情况下，采用压力观测进行抽水降压试验。2.1.1洗井对比及水位天然动态观测要求2.1.1.1 洗井的目的：疏通含水层，使热储层达到最佳出水能力、初步确定抽水最大降深（Smax）及采用水位恢复法初步确定热液静止水位（水头）埋深。2.1.1.2 洗井方法及技术要求抽水试验前必须采用机械、化学方法进行充分洗井。一般采用空压机或空压机与大型水泵联合震荡洗井，在产水量较小的碳酸盐岩地层，如在空压机洗井效果欠佳的情况下，需进行地层压裂、酸化处理。洗井对比次数必须三次以上，相邻两次对比其单位涌水量平均相对变化小于5且达到水清砂净，方可进行抽水试验。2.1.1.3抽水试验设备的选择及准备工作根据洗井、试水情况，选择扬程、出水量、耐温度、功率等技术指标相适宜的水泵型号。检查观测水位、水量、水温等用品和工具，工作人员必须明确试验的目的、方法，做好记录，并在现场绘制必要的草图。一切按预定方案执行，试验中发现问题及时纠正。2.1.2 地下热水天然动态监测为消除地下热水位天然动态对抽水试验的影响，抽水试验前必须对地下水位进行24小时天然动态观测，观测频率为1次/h，观测精确到厘米。2.2 抽（放）水试验一般技术要求抽水试验前需由专业部门制定抽水试验方案，其技术要求应满足勘查规范中单孔、多孔抽水试验要求，依据热储类型确定抽水试验的方法和试验要求，实施部门严格按照方案进行。基岩岩溶裂隙型热储试水时，动水位在较短时间内达到稳定，抽水量以消耗径流补给量为主，因此用稳定流方法较为适宜。孔隙型热储（即明化镇组和馆陶组热储）在天津地区的分布特点是：范围大、多层大厚度空间展布。地热井试水时，动水位往往长时间才能达到稳定，抽水量以消耗储存量为主。故采用非稳定流进行抽水试验。2.2.1 稳定流抽水试验该方法通过涌水量及所对应的井中水位降深计算热储层水文地质参数，并通过抽水降深与其对应的涌水量关系，拟合Q-f(S)曲线，推算单井最大涌水量。适合基岩岩溶裂隙型热储，包括奥陶系（O）、寒武系（?）、蓟县系雾迷山组(Jxw)热储。为确定Q-S曲线形态，一般进行三次降深试验，反向抽水，先进行最大降深（S3=Smax）抽水试验，其后为中、小降深，降深比例分别为大降深的1/3和2/3左右。各抽水稳定（即观测水位每小时波动小于5-8cm）延续时间分别为24、8、8小时。2.2.2 非稳定流抽水试验适合孔隙型热储，包括新近系明化镇组(Nm)、馆陶组(Ng)及古近系(E)热储。一般进行23次降深抽水试验，最大降深试验延续时间大于32小时（视具体情况在水温稳定情况下，应满足两个对数周期），中、小降深延续时间分别为8、4小时即可。注：利用大降深试水资料进行热储层水文地质参数计算。中、小降深试水资料求取热水静水头。当进行多孔抽水试验时，以地热井最大出水能力作为抽水量，抽水延续时间不少于10000分钟。抽水试验结束前，必须取全分析水样一组。最大降深试验结束，立即进行水位恢复观测。恢复水位观测按非稳定流方法进行，拐点出现后再观测3-5个数据即可结束。2.2.3 抽水试验观测要求a.抽水试验过程中，要求水温、流量及主井和观测孔水位同步观测。抽水前准确观测水头埋深及静水水面温度。b.稳定流观测时间为抽水开始后第5、10、15、20、25、30、40、60、80、120min,之后每小时观测一次。c.非稳定流观测时间为抽水开始后第1、2、3、4、6、8、10、15、20、25、30、35、40、50、60、80、100、120min,之后每30min观测一次。d.水位观测单位为米，数据精确到厘米。e.流量和水温观测数据精确到十分位（小数点后一位）。2.2.4 资料整理a.检查记录表，对水位、水量、水温、观测时间等数据，要进行审查、校对，发现有误可根据情况进行修正，并誊清一份存档。b.静水（头）位埋深修正抽水前测得的静水位埋深，是未开采前保持的静止水位埋深。即水温自上而下逐渐增高的水柱，它不能代表抽水状态下的静水位埋深，必须修正成抽水时上下形成统一热力场的热水静水头埋深，才能与观测的水位埋深、水量、水温相匹配进行参数计算。c.绘制抽水曲线图1 涌水量历时曲线：Qt曲线2 降深历时曲线： St曲线3 Slgt曲线4 qf(Q)曲线及Qf(h)曲线5 计算参数时所需要的相应曲线 2.3 一般热储层水文地质参数的计算方法.2.3.1静水位埋深的修正方法a.公式计算法 水位校正(换算到热储层平均温度) ，可用公式（21）进行校正。h=H- (21)式中：h校正后水位埋深(m)；H取水段中点的埋深（m）；h1观测水位埋深（m）；h0基点高度（m）；平地热井内水柱平均密度（kg/m3）；高热储最高温度对应密度（kg/m3）。 b.作图法 依据抽水试验时三次降深测得的动水头（hi）和出水量(QI)作图，反算热水静水位。即曲线交于纵轴出水量为零时，便是热水静水位埋深。此法简便、真实、实用。 c.粗略概推法 停泵后，立即观测恢复水位，由于热储层的高压力，动、势能量的转换，当水位恢复到最高点，即热水头高度。此方法可为参考。2.3.2 单位涌水量计算，可用下式进行计算。q = Q/S (2-2)式中：q单位涌水量（m3/hm）； Q单井涌水量(m3/h)； s抽水降深值(m)。需根据各个落程的数据，做出Q=f(s)关系曲线图。Q-S解析式的确定方法一 S=a1Q+a2Q2+a3Q3 a1、a2、a3 为待定系数；Q-s解析式确定方法二依据三次降深试水资料（QI;SI）,采用曲度法确定曲线类型，并用最小二乘法计算系数。（详见供水水文地质手册第二册）当抽水降落漏斗未到达热田边界时，采用以下方法计算2.3.3 稳定流抽水试验求参方法稳定流抽水试验求参方法可以采用Dupuit 公式法a.单井抽水试验时的Dupuit 公式及溪哈尔特抽水引用影响半径经验公式。承压完整井： (2-3) （溪哈尔特公式） （2-4） 式中 K含水层渗透系数 (m/d); Q 单井涌水量 (m3/d); sw井筒水位降深值 (m); M承压含水层有效厚度 (m); R 抽水影响引用半径 (m); rw抽水井热储段半径 (m)。利用（23）和（24）式，采用迭代法计算热储层水文地质参数b.当带有一个观测孔时的Dupuit 或Thiem公式承压完整井： (2-5) c.带有两个观测孔时Thiem公式： (2-6)式中 hw 抽水井中水柱高度 (m);h1、h2与抽水井距离为r1和r2处观测孔（井）中水柱高度 (m)，分别等于初始水位H0与井中水位降深s之差，h1=H0 s1；h2=H0s2。其余符号意义同前。当地热井中的降深较大时，可采用修正降深。修正降深s与实际降深s之间的关系为： (2-7) H0：静止水头高度（m） d. 采用压力测试方法的求参公式 式中：K热储层渗透系数（m/s） Q抽水流量（kg/s） g重力加速度（m/s2） M热储层有效厚度(m) r1观测孔与抽水孔之间的距离（m） rw抽水孔出水段的半径（m） P使水达到稳定状态下时抽水孔与观测孔之间的压力差（Pa） 无观测孔时: r1为抽水影响半径，采用（24）式计算。2.3.4 承压水非稳定流抽水试验求参方法aTheis 配线法两张相同模数的双对数坐标纸上，分别绘制Theis 标准曲线W(u)-1/u 和抽水试验数据曲在线s-t，保持坐标轴平行，使两条曲线配合，得到配合点M的水位降深s、时间t、Theis井函数w(u)及1/u的数值。或在模数为6.25cm的双对数透明纸上绘制s-t抽水试验曲线与W(u)-1/u标准量板套对，按下列公式计算参数（r为抽水井半径或观测孔至抽水井的距离）： (2-8) (2-9) (2-10) (2-11)b.Jacob 直线图解法当抽水试验时间较长，u= r2/(4at)0.01时，在单对数坐标纸上抽水试验数据曲线s-lgt为一直线（延长后交时间轴于t0， 此时s=0.00m），在直线段上任取一个对数周期，查得t1、s1、t2、s2，则有 (2-12) (2-13) (2-14) c. 采用压力测试的求参方法使用条件：当径向距离较小、抽水延续时间较长时，P-lgt 呈直线段，这时： 式中：P抽水孔压力降低值（Pa）； S弹性释水系数（无量纲）； T导水系数(m2/s)； t抽水延续时间（s）； 其余符号与（2.3.3中d）相同实际应用中采用半对数法用抽水孔资料进行求参。 2.3.5 复杂条件下热储水文地质参数的计算如抽水影响受到不同水文地质边界影响时，则选则符合水文地质条件的公式进行计算，（参见供水水文地质手册第二册）。或按边界水力性质设置虚井按势叠加原理进行计算。3.地热井单井可开采量计算与确定3.1单井涌水量的确定一般可依据地热井单井稳定流抽水试验资料绘制的Q=f(s)曲线，确定水流方程以内插法计算确定。对于层状热储地热田，则应依据该井开采可能影响区内的可采热储存量与地热井开采期排放的总热量进行均衡验算确定。3.2 单井50年地热开采总量计算3.2.1 井域热储层单位面积可采热储量计算依据地热井抽水试验资料，用内插法(最大水位降深以不大于30 m为宜，区域水位下降速率不大于2m/a)初步确定地热井可开采流体量，并以公式(3-1)计算按此量开采50年所排放的总热量。 (3-1)式中：QW地热井开采50年所排放的总热量(kJ)；Q地热井的日可开采量(m3/d)；CW地热水平均比热容(kJ/(m3)；tW地热水平均温度()；t0天津地区常温层温度();T-50年内单井累计抽水天数（d）;依据地热井地质剖面，按公式(3-2)计算确定地热井开采利用热储层单位面积可开采的热储存量。 (3-2)式中：Qr 地热井开采影响区内单位面积可开采热储量(kJ/m2)；K 热储层地热采收率(0.150.20)；H 地热井所利用的热储层厚度(m)；Cr 热储层的平均比热容(kJ/(m3)；tr 热储层平均温度 ()；t0天津地区常温层温度()。3.2.2 单井50年地热开采所需热储水平面积计算按均衡原理以公式(3-3)计算热储层可采热储存量与地热井开采50年排放总热量保持均衡所需的热田面积，并按圆面积公式估算地热井的井距。 (3-3)式中：F保持均衡所需的热田面积(m2)；QW地热井开采50年所排放的总热量(kJ)；Qr 地热井开采影响区内可开采热储量(kJ/m2)。3.2.3 地热开采井布井合理间距（D）计算 （3-4）在该地热田尚无其它地热生产井或已有井的井距超过计算的布井间距，可将地热井抽水试验资料初步确定的可开采量作为该井的可开采量；若已有井井距小于计算的布井间距，则应以已有井距的二分之一为半径划定的圆面积作为该井可开采的控制范围，并以该范围内的可采热储存量作为该井地热水开采允许排放的热量，进而反求其可开采量。当抽水影响直径大于热均衡原理计算的井距时以抽水影响直径作为井距。3.3 对井开采的开采量评价3.3.1 回灌井可灌量计算方法一： (3-5) Q-回灌量（m3/d）；D-对井井底距离（m）; b-热储层有效厚度（m）； t-冷热水峰面到达开开采井的允许时间（d，按50年计）； ww aa-流体和含水层的热容 （MJ/m3.）。方法二：可用热储层吸收率计算（见式3-6）。 Q = P M H (3-6) Q稳定回灌量（m3/d）；P热储层吸收率（m3/dm2）； M热储层有效厚度（m）； H回灌时孔内水位上升的稳定高度（m）。地热回灌井评价其可回灌量，一些计算参数需通过实际回灌试验确定或采用类比方法获得，通过相似热储回灌状况来分析确定。3.3.2 开采井可采量计算依据地热开采井抽水试验资料，用内插法初步确定地热井可开采流体量。可依据回灌井可回灌评价结果确定可采流体量。3.3.2.1 当可回灌量达到60m3/h以上，最大水位降深以不大于50 m为宜，区域水位下降速率不大于2m/a，确定为开采井开采量。3.3.2.2 当可回灌量小于60m3/h，最大水位降深以不大