山区构造型热储地热资源可采量计算方法的研究——以遵化市汤泉地区为例

刘福东 陈穆贤 周继尧

河北省地矿局第三水文工程地质大队 河北 衡水053000

前言

汤泉坐落在素有“畿东第一城”之称的河北省遵化市北部,处于一个三面环山的谷地中。汤泉地热资源开发利用历史悠久,随着汤泉地热资源大规模的开发利用,导致温泉露头消失、水位下降,过量开采可能导致无水可采的现象。掌握区内地热资源可采量,对于该区地热资源的进一步开发和地热资源的可持续利用具有重要意义。本文以汤泉为例,积极探索新的山区构造型热储可采量计算方法,旨在为山区地热资源开发利用提供一定的参考。

1 研究区概况

1.1 地热地质概念模型 基于汤泉地区属于开放型地热田。裸露基岩主要为太古界片麻岩,其下部为中生界花岗岩侵入体。片麻岩地质单元局裂隙发育,多为导水或弱透水断裂,为地热资源的存储层。曾有天然泉出露,因此将热储层概化为基岩裸露区片麻岩碎屑风化裂隙和局部构造裂隙式承压含水层系统。热储层主要接受大气降水补给及北部山区侧向径流补给,与通过深部断裂破碎带导水通道上涌的地下热水混合形成热流体。

2 评价原则与计算方法

2.1 计算原则

2.2 计算方法

1.均衡法。地热田内水位降深由超采引起,因此结合泰斯公式[3]计算超采量,取近期汤泉地热田内连续年开采量相近年份年开采量的平均值减去年超采量即为汤泉地热田地热流体可开采量。依据现有资料分析2016-2018年开采量相差不大,概化为年开采量基本相同、超采量相同、补给量相同的模型,现状开采量减去超采量即为可以保持地热资源长期使用的可开采量。公式如下:

式中:QNK—汤泉地热田地热流体可开采量,m3;QXK—汤泉地热田均衡期内地热流体开采量平均值,取2016-2018年平均开采量302.7 ×104m3/

图1 群孔抽水试验地热井相对位置图

表1 地热井群井开采地热流体可开采量计算参数一览表

根据三次降深抽水试验,通过计算机拟合Q-S关系曲线,采用内插法计算水位降深S为35 m 时各地热井地热流体可开采量。根据抽水试验观测显示,ZR36、ZR37可采量单独计算:

其中:QF—非干扰井降深35 m 时涌水量之和,m3/d;QZR36—ZR36井降深35 m 时涌水量,m3/d,取值777.82;QZR37—ZR37井降深35 m时涌水量,m3/d,取值701.94。

其中:QR—受干扰地热井降深35 m时的干扰水量之和,m3/d;∑Q单—受干扰的地热井单独抽水,降深35m 时单井涌水量之和,取值7445.89,m3/d。α—干扰系数,取值0.807。计算结果见表2。

经计算,QR=6005.33 m3/d。

综上,依据本次13组抽水试验数据,ZR36、ZR37两眼地热井开采不受周围地热井影响,可单独计算,其他地热井开采时均有干扰,通过计算干扰系数确定群井开采时的涌水量,因此,汤泉地热田地热流体可开采量为两者之和即:Q汤总=QF+QR

经计算,Q汤总=7485.09m3/d,年可开采量为273.2 ×104m3/a。

3 统计分析法

在收集多年动态资料的基础上,建立累计水位降深与累计开采量之间的相关方程,计算给定降深为35 m 时的可采量即为汤泉地热田可采量。以资料最早的2003年为基准,应用统计分析法,建立水位降深与累计开采量的相关方程。统计见表3。

表3 汤泉地热田地热水累计水位埋深与累计开采量统计表

表2 地热井群井开采地热流体可开采量计算结果一览表

其中:Q—累计开采量(104m3);S—水位埋深(m)。

截止2018年,地热田水位总降低12.53 m,在给定开采50年,水位降深35m 的条件下,即S=47.53m 时,Q为22675.2 ×104m3,2018年累计开采量2477.3 ×104m3,则开采50年累计开采量为20197.9 ×104m3,平均年可采量为403.9 ×104m3/a。

4 可采量的确定

本次采用3种方法对汤泉地热田地热流体可开采量进行了计算,三种方法计算结果相近且与实际开采量相差不大,为提高计算结果的可靠性,保护地热资源使之可持续利用,汤泉地热田年可开采量取均衡法计算结果247.1 ×104m3/a。

5 结论

本文以遵化汤泉地区为例,对山区构造型热储地热资源可采量计算方法进行了研究,获得基本结论如下:均衡法是山区地热资源可采量计算的新方法,该方法适用于有2年以上开采量相近且有对应动态数据的情况,将年水位下降量视为超采引起的,巧妙结合泰斯公式,视为2个长时间的单井抽水工作,以超采量抽水持续t1时间引起的降深与超采量抽水持续t2时间引起的降深之差即为已知的年水位下降量,在计算过程中又消去了未知的给水度μ和计算点到抽水井的距离r,提高了本方法的实用型。为山区构造构造型热储可采量的计算提供了新思路。