高青縣南部熱儲概念模型研究

高青縣南部熱儲概念模型研究

作為一種清潔的可支配能源c.d.使用了世界上60多個國家，直接使用了cd.，并表現(xiàn)出了較高的經(jīng)濟效益和環(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,地熱資源的合理開發(fā)必須建立在對其資源量和分布規(guī)律的科學評價基礎之上［８－１１］。山東省高青縣南部地區(qū)地熱資源豐富,但對其研究程度較低。本文擬對該地區(qū)地熱資源進行合理評價,以期為地熱資源的合理開發(fā)利用提供依據(jù)。1研究區(qū)地質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級構造)、濟陽坳陷區(qū)(Ⅲ級構造)的南部(圖1),屬于東營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3000m以上。區(qū)內主要地質構造有高青斷裂、寨子斷裂以及大王家斷裂,而褶皺構造不明顯。2熱儲含水層厚度新近系館陶組和古近系東營組是區(qū)內的兩個主要熱儲層,巖性主要為棕黃、褐黃、棕紅色泥巖、砂質泥巖與淺黃色砂巖組合。館陶組熱儲層: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。其中熱儲含水層累計厚度約為60~100m,單層厚1.0~30.0m。含水層巖性以細砂巖為主,粗砂巖和中細砂巖次之,平均孔隙度在26.24%左右。地熱水溫度為40~50℃。東營組熱儲層: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揭穿該熱儲含水層,揭露深度為1320m左右,揭露熱儲含水層厚度在55~90m左右,單層厚1.10~8.60m。含水層巖性以中細砂巖為主,細砂巖次之,平均孔隙度在31.41%左右。地熱水溫度為50℃~60℃。受高青斷裂和大王家斷裂影響,館陶組、東營組兩個熱儲層埋藏深度由南向北方向逐漸增大,熱儲層厚度亦有自南向北逐漸變厚的規(guī)律。3地熱資源溫度分布根據(jù)《地熱資源地質勘察規(guī)范》(GB11615-89)中地熱資源溫度分級規(guī)定,本區(qū)地熱資源屬于低溫地熱資源,熱儲含水層屬溫熱水型含水層。3.1地溫梯度調查地溫場是經(jīng)長期地質發(fā)展歷史的演變而形成的,受控于區(qū)域地質構造形態(tài)、基底巖石的起伏、蓋層巖性與厚度、斷裂及地下水活動等諸多地質因素。區(qū)域構造(凸起、凹陷、斷裂等)是控制地溫場分布的主要因素,其它因素主要影響局部地溫場的變化。第四系淺井測溫資料顯示,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℃,而整個東營凹陷內平均地溫梯度值均在3℃/100m以上。根據(jù)區(qū)內深井井溫測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,同時綜合鉆井資料分析圈定地熱異常區(qū)。本次評價將工作區(qū)內東營凹陷區(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)內新近系館陶組熱儲層和古近系東營組熱儲層均為層控型熱儲,呈層狀分布,巖性厚度比較穩(wěn)定。其熱儲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,以正常地溫傳導為主。地熱田位于高青斷裂東南。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。長期活動的斷裂構造溝通了熱儲層與熱源的聯(lián)系,成為熱源及水的較好通道。(2)熱儲層。新近系館陶組和古近系東營組。(3)蓋層。館陶組和東營組熱儲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)補給水源。本區(qū)地熱水的來源為大氣降水。降水入滲后,一部分沿斷裂帶或巖層孔隙向深部運移,經(jīng)過緩慢的循環(huán)交替徑流運動后被圍巖加熱,形成地熱水。根據(jù)《地熱資源評價方法》(DZ40-85),可利用熱儲應具備兩個條件:11000m以淺溫度>40℃;2單井出水量>20m３/h或熱儲層導水系數(shù)大于1達西米(1達西=0.987μm２)。經(jīng)計算,館陶組和東營組熱儲導水系數(shù)均大于1達西米,是區(qū)內主要可開發(fā)利用的兩個層狀熱儲。雖然其中地下水徑流速度較緩慢,補給條件較差,但熱儲分布范圍廣,厚度較大,供水能力較強,因此是本評價的主要目的層。4熱資源評價4.1不考慮動態(tài)補給研究區(qū)地熱資源評價的對象為館陶組和東營組等具有一定開發(fā)利用價值的層狀熱儲,對成熱條件差的地段不予評價,且評價不考慮動態(tài)補給。評價內容包括:地熱資源量和可利用地熱資源量、熱水儲存資源量和熱水允許可采資源量,評價開采年限為100a,評價深度下限為2000m。評價方法為:采用用熱儲法［１２－１４］計算地熱資源量,采用回收率法［１５］計算可利用地熱資源量,采用體積法［１５］地下熱水儲存量,采用最大降深法［１６］計算地下熱水的允許開采資源量。4.2層壓計算面熱儲層的面積:根據(jù)熱儲層空間分布特征,以高青斷裂為界,將館陶組熱儲層劃分為IＧ、IIＧ兩個計算分區(qū),平面分布見圖2;以大王家斷裂為界,將東營組熱儲層劃分為IＤ、IIＤ兩個計算分區(qū),各分區(qū)平面分布見圖3。各區(qū)計算面積見表1。熱儲層的厚度:根據(jù)物探電測井、鉆探巖芯錄井地質資料,把粉砂巖、細砂巖及中砂巖巖層中孔隙度大于20%的巖層均看作熱儲含水層,分別確定了館陶組和東營組各計算分區(qū)的熱儲含水層厚度,該熱儲含水層厚度值為各計算分區(qū)的熱儲含水層厚度平均值(見表1)。熱儲層的溫度:首先根據(jù)鄰區(qū)井資料及地質資料得出一個溫度值,其次再根據(jù)平均地溫梯度3.2℃/m計算求得一個溫度值,第三步取前面兩個溫度值的平均值作為本次計算的熱儲層溫度(見表2)。對于巖石和水的物理參數(shù)以及熱儲層內地下水動力參數(shù),則根據(jù)區(qū)內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熱固層熱評價的結果表明4.3.1熱儲層地熱資源量經(jīng)計算,館陶組熱儲的資源量為1.2028×10１８J,折合標準煤4.142×10７t;東營組熱儲的資源量為1.3133×10１８J,折合標準煤4.445×10７t;區(qū)內總的地熱資源量為2.5161×10１８J,折合標準煤8.587×10８t。詳見表3。熱儲層地熱資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。此次評價中,回收率采用25%,經(jīng)計算該區(qū)可利用地熱資源量為6.290×10１７J,折合標準煤2.147×10７t,見表4。4.3.2地下熱水、地熱井單井涌水量估算區(qū)內新近系、古近系地熱水徑流速度十分緩慢,補給條件也較差,補給量相對于熱水靜儲量來說,是較少的,故本文只進行熱水儲存量的估算。新近系熱儲層的熱水具承壓性,儲存量由兩部分組成,一部分為熱儲層的容積儲存量,另一部分為彈性儲存量。館陶組孔隙度為0.2624,東營組孔隙度為0.3141,各熱儲層平均給水度(μ)近似用各熱儲層的平均孔隙度代替,即:館陶組μ=0.2624,東營組μ=0.3141。再根據(jù)鄰區(qū)資料,本區(qū)新近系、古近系熱儲層彈性釋水系數(shù)均選為μｅ=2×10－４。估算得新近系館陶組地下熱水儲存量為3.536×10９m３,古近系東營組地下熱水儲存量為3.007×10９m３,估算結果見表5。本文采用最大允許降深法［１６］進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劃,求出區(qū)域內能布置的井數(shù)和開采期達到最大允許水位降深時,井群能夠獲得的總流量。因區(qū)內沒有開采新近系、古近系地熱井,故根據(jù)對所掌握資料的分析,確定區(qū)內地熱井單井涌水量。新近系館陶組底板埋深在900~1100m,地熱井單井20m降深平均涌水量確定為500m３/d;古近系東營組底板埋深在1300~1400m之間,地熱井單井20m降深平均涌水量確定為900m３/d左右。開采期限均確定為100a,計算結果見表6。5地熱資源豐富并存在一定規(guī)模限制(1)本區(qū)2000m以淺地熱資源雖屬于低溫地熱資源,但本區(qū)熱儲具有分布面積廣、巖性厚度比較穩(wěn)定、有兩個較好的可開發(fā)利用的熱儲層,即新近系館陶組熱儲和古近系東營組熱儲。(2)經(jīng)計算,地熱資源總量為2.5161×10１８J,折合標準煤8.587×10７t,其中館陶組熱儲的資源量為1.2028×10１８J,折合標準煤4.142×10７t,東營組熱儲的資源量為1.3133×10１８J,折合標準煤4.445×10７t,區(qū)內地熱資源蘊藏豐富且資源潛力大。(3)按照回收率25%計算,可利用地熱資源總量6.290×10１７J,折合標準煤2.147×10７t。其中新近系館陶組可利用地熱資源量3.007×10１７J,折合標準煤1.036×