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如何确定地热井可开采量与布井间距
来源:地大热能 2018-09-04
  地热作为一种可再生的洁净能源,与常规能源相比,对环境污染小,利于环境保护,且具有投资少、见效快的特点。目前,作为中低温地热资源丰富的国家,我国的地热直接利用处于世界前列,在供暖、洗浴、农业生产等方面创造出巨大的经济和社会效益。
 
  由于地热勘查及地热井钻凿须投入大量资金,因此,只有实现地热开发的可持续性,才能保证地热产业健康、稳定、有序的向前发展。
 
  受经济、技术条件的制约,目前地热开发利用主要是采取钻井取水的方法,以水作为媒介,将赋存于热储层中的热能采出利用。因此,地热开发可持续性的基本要求应是必须保持地热井出水量及水温稳定,只有这样,才能提供稳定的可利用热水资源,保证地热项目的实施。这就要求地热井水位下降应处于可控状态,以保证地热井能够长期开采。
 
  我国大多数地热田均属于沉积盆地传导型的中低温地热田,热储层温度低于100℃,热水储存于沉积的砂砾岩或碳酸盐岩中。由于热储层埋藏深、渗透性、连通性差,不能接受地表大气降水的直接补给,只有微弱的侧向径流补给,属于半封闭的深层承压水系统。在这种情况下,地热水的开采以地下含水层压力的消耗为代价,即开采过程中地层压力逐步下降,地热井水位埋深逐年增大,水位下降速率与采出的热水量呈正相关。
 
  地热回灌技术作为有效减缓地层压力下降的手段,在许多国家已被应用,但其受地质、技术、经济等多重条件的制约。不同的地质条件下,回灌能力差别很大,目前,砂岩热储层低压回灌存在着热储砂岩孔隙被堵塞,灌不进去的技术难题。即使能够将低温热废水回灌进去,也存在着热储层温度急剧下降的问题,而热储层温度的恢复需要相当长的时间。实际上,国内目前成功的地热回灌试验,如天津市的地热回灌也仅限于裂隙发育的碳酸盐岩热储层,且开采热储层与回灌层属于不同层段,层间水力联系微弱,这样虽然解决了热废水环境影响问题,但并不能够有效地减缓地层压力下降。同时,回灌井的钻凿需要投入大量资金,将阻碍处于初级阶段的地热产业的发展。
 
  因此,只有科学合理地确定地热井可开采量与布井间距,保证地热井的使用年限,才能使地热井水位下降处于可控状态。由此,使地热开发才能步入良性循环的轨道,实现地热开发的可持续性。
 
  2 确定地热井可开采量与布井间距的依据与步骤目前,我国确定地热井可开采量与布井间距的依据为全国矿产储量委员会办公室文件——储办发[1996]51号《关于地热单井勘查报告审批要求的通知》(以下简称《通知》)。该文件规定对于层状热储层,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热均衡验算确定,其步骤如下:
 
  2.1  依据地热井抽水试验资料,用内插法(最大水位下降以不大于2Om为宜)初步确定地热井可开采量,并以公式QW=3650OQCW(tW-tO)计算按此量开采100年所排放的总热量。
 
  式中:
 
  QW——地热井开采100年所排放的总热量;
 
  Q  ——地热井日开采水量;
 
  CW——地热水平均热容量;
 
  tW——地热水平均温度;
 
  tO一一地层常温带温度。
 
  2.2  依据地热井地质剖面,按公式Qr=KHCr(tr-tO)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。
 
  式中:
 
  Qr——地热井开采影响区内可采热储存量;
 
  K——热储层地热采收率;
 
  H——地热井所利用的热储层厚度;
 
  Cr——热储层平均热容量;
 
  tr——热储层地热平均温度。
 
  2.3  按均衡原理以公式F=QW/Qr计算热储层可采热储存量与地热井开采100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。
 
  2.4  在该地热田尚无其他地热生产井或已有井的井距超过计算的布井间距,可以地热井抽水试验资料初步确定的可开采量为该井的可开采量;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的地热水开采允许排放的热量,进而反求其可开采量。
 
  3 存在的问题
 
  《通知》制定于1996年,经多年地热开发的应用实践,发现其中关于确定地热井可开采量与布井间距的依据部分存在许多问题,和现阶段我国地热开发利用要求相矛盾。如:不符合地热水赋存、变化规律、无法满足地热开发利用可持续性的要求等。
 
  3.1设计地热井开采时间过长
 
  《通知》中按地热井开采100年计算排放的总热量,依其而估算出地热井的井距,设计地热井使用年限为100年。
 
  目前,地热井普遍采用的管材为石油套管,质量很好,使用年限可达30年以上。但由于地热水矿化度一般都很高,对管壁的腐蚀较强,特别是在水位变动带,腐蚀更加明显,因此,地热井的管材能否使用100年尚没有肯定的例证。
 
  地热资源虽然是一种可再生能源,但是其再生的过程十分久远,地热水开采必然导致地下水位持续下降。以100年作为地热井的开采时间,只能以减少可开采量作为代价才能有望达到,这将限制地热井的利用效率,无法满足实际需求。虽然地热开发需要可持续性,但没有其经济效益,将没有人愿意开发地热。因此,作为一种能源开采,地热与煤炭、石油等常规能源一样,为了取得最好的经济、社会效益,地热开发需要可持续性,但作者认为,没有必要非开采100年。持续过程太长,应根据地热田的实际资源量,开采年限相应减少为宜。
 
  3.2未考虑地热地质条件的差异
 
  地热水存储于地下热储层中,可分为砂岩孔隙热储、碳酸盐岩岩溶热储、裂隙热储等。不同岩性的热储层具有不同的性质,即使相同岩性的热储层,其渗透性、储水性差异也很大,因此地热井涌水量会大小不等。
 
  一般情况下,砂岩孔隙热储连通性好、孔隙度大,渗透性好,地热井涌水量大;而岩溶热储、裂隙热储发育不均,地热井涌水量差别很大。如位于黄骅坳陷沧东凹陷的沧州温泉托老院地热井,所取热储层为上第三系馆陶组砂岩孔隙热储,水位降深16.81m时涌水量达2877m3/d;位于沧县隆起献县凸起的献迎热1井,所取热储层为元古界蓟县系雾迷山组岩溶热储,水位降深54.94m时涌水量为1965m3/d;而位于冀中坳陷藁城凸起的热电1井,所取热储层为下古生界奥陶系岩溶热储,水位降深190m时涌水量仅为840m3/d。
 
  《通知》中统一规定:依据地热井抽水试验资料,用内插法(最大水位下降以不大于2Om为宜)初步确定地热井可开采量,而未认真考虑不同地区地热地质条件的差异性。据此,沧州温泉托老院地热井水位降深16.81m时可开采量达2877m3/d,献迎热1井水位降深20m时可开采量715m3/d,而热电1井水位降深20m时可开采量仅88m3/d,差距非常大。其中热电1井若按88m3/d开采,应属于报废井,而该井总投资达400多万元。因此,地热井可开采量的确定应综合考虑不同地区地热地质条件的差异性,而不应以水位下降的固定值来计算。
 
  3.3缺乏合理操作性
 
  热储层由于埋藏深,地层压力大,在未开发地区,开始打开热储层时,地热井的热水基本都能够自流,即地热井初始静水位埋深高于地面。如冀中坳陷饶阳凹陷任热1井,取水热储层为馆陶组热储,1980年11月成井时初始静水位高出地面14m;沧县隆起献县凸起献迎热1井,2000年11月成井时关井井口压力0.36Mpa,初始静水位高出地面36m。《通知》中规定以最大水位下降不大于2Om确定地热井可开采量,对于献迎热1井来说,其自流时水位降深36m,自流量1389 m3/d,若按通知中规定,其可开采量则为降深20m时的772 m3/d,小于自流量,显然不合理,无论从技术还是从经济角度讲,都缺乏合理的操作性。
 
  

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