摘要：介紹了目前確定地熱井可開采量及布井間距的依據,對其存在的問題進行了探討,并提出確定地熱井可開采量及布井間距的設想和實現地熱開發可持續性的保障措施。
 
  關鍵詞：地熱井,可開采量,布井間距,問題,設想
 
  1前言。
 
  地熱作為一種可再生的潔凈能源,與常規能源相比,對環境污染小,利于環境保護,且具有投資少、見效快的特點。目前,地熱開發利用已在世界范圍內興起,作為中低溫地熱資源豐富的國家,中國地熱直接利用處于世界前列,在供暖、洗浴、農業生產等方面創造了巨大的經濟效益和社會效益。
 
  由于地熱勘察及地熱井鉆鑿須投人大量資金,因此只有實現地熱開發的可持續性,才能保證資金的投入,地熱產業才能健康、穩定地向前發展。
 
  受經濟、技術條件的制約,目前地熱開發利用主要是采取鉆井取水的方法,以水作為媒介,將賦存于熱儲層中的熱能采出供人們利用。因此,地熱開發可持續性的基本要求理應是地熱井采出的地熱水質量能保持穩定,即地熱井出水量及水溫保持穩定。只有這樣,才能提供穩定的可利用熱水資源,保證地熱項目的實施。這就要求地熱井水位的下降應處于可控狀態,以保證生產井能夠長期開采,經濟合理地抽取所需地熱資源。
 
  在大多數地區,地熱田屬于沉積盆地型的中低溫熱田,熱儲層溫度低于10。℃,熱水儲存于沉積的砂礫巖或碳酸鹽巖中。由于熱儲層埋藏深,滲透性、連通性差,不能接受地表大氣降水的直接補給,只有微弱的側向徑流補給,屬于半封閉的深層承壓水系統。在這種情況下,地熱水的開采以地下含水層壓力的消耗為代價,即開采過程中地層壓力逐步下降,地熱井水位埋深逐年增大,水位下降速率與采出的熱水量呈正相關。
 
  地熱回灌技術作為有效減緩地層壓力下降的手段,在許多國家已被應用,但其受地質、技術、經濟條件的多重制約,不同的地質條件下,回灌能力差別很大。目前,砂巖熱儲層低壓回灌存在著熱儲砂巖孔隙被堵塞,灌而不進的技術難題。即使能夠將低溫尾水回灌進去,也存在著熱儲層溫度急劇下降問題,而熱儲層溫度的恢復需要相當長的時間。實際上,國內目前成功的地熱回灌應用,如天津市,其地熱回灌僅限于裂隙發育的碳酸鹽巖熱儲層,且開采熱儲層與回灌層屬于不同層段,層間水力聯系微弱[lj,這樣雖然解決了地熱尾水對環境的影響問題,但并不能夠有效地減緩地層壓力下降。同時,回灌井的鉆鑿需投人大量資金,將阻礙處于初期階段的地熱產業的發展。
 
  因此,只有科學合理地確定地熱井可開采量及布井間距,才能使地熱井水位下降處于可控狀態,以保證地熱井的使用年限,不至于重現掠奪而又初放型的開采方式,造成資源的嚴重浪費。由此,地熱開發才能步人良性循環的軌道,以實現地熱開發的可持續發展。
 
  2確定地熱井可開采量及布井間距的依據。
 
  目前確定地熱井可開采量及布井間距的依據為全國礦產儲量委員會辦公室文件—儲辦245發[1996]51號《關于地熱單井勘察報告審批要求的通知》。該文件規定對于層狀熱儲層,應依據該井開采可能影響區內的可采熱儲存量與地熱井開采期排放的總熱量進行熱均衡驗算確定,其步驟如下。
 
  (1)依據地熱井抽水試驗資料,用內插法(最大水位下降以不大于20m為宜)初步確定地熱井可開采量,并以公式Qw一3650OQCw(tw一t。)計算按此量開采100年所排放的總熱量。
 
  式中Qw—地熱井開采100年所排放的總熱量;Q—地熱井日開采水量;Cw—地熱水平均熱容量;枷—地熱水平均溫度;t。
 
  —地層常溫帶溫度。(2)依據地熱井地質剖面,按公式Qr一KHC二(t;一t。)計算確定地熱井開采利用熱儲層單位面積可開采的熱儲存量。
 
  式中Qr—地熱井開采影響區內可采熱儲存量;K—熱儲層地熱采收率;H—地熱井所利用的熱儲層厚度;C廠—熱儲層平均熱容量;t廠—熱儲層地熱平均溫度。(3)按均衡原理以公式F一Qw/Qr計算熱儲層可采熱儲存量與地熱井開采10。年排放總熱量保持均衡所需的熱田面積,并按圓面積公式估算地熱井的井距。
 
  (4)在該地熱田尚無其他地熱生產井或已有井的井距超過計算的布井間距,可以地熱井抽水試驗資料初步確定的可開采量為該井的可開采量;若已有井井距小于計算的布井間距,則應以已有井距的1/2為半徑劃定的圓面積作為該井可開采的控制范圍,并以該范圍內的可采熱儲存量作為該井的地熱水開采允許排放的熱量,進而反求其可開采量川。
 
  3實施上述兩項依據存在的新問題。
 
  《關于地熱單井勘察報告審批要求的通知》制定于1991年,其確定地熱井可開采量及布井間距的依據經多年應用發現存在許多問題,與地熱開發利用要求相矛盾,不符合地熱水賦存、變化規律,無法滿足地熱開發可持續發展的要求。
 
  3.1設計地熱井開采時間過長《通知》中按地熱井開采100年計算排放的總熱量,然后估算地熱井的井距,設計地熱井使用年限為100年。
 
  目前,地熱井普遍采用的管材為石油套管,質量很好,使用年限可達30年以上。但由于地熱水礦化度一般都很高,對管壁的腐蝕較強,特別是在水位變動帶,腐蝕更加明顯,因此,地熱井的管材能否使用100年尚沒有肯定的例證。
 
  地熱資源雖然是一種可再生能源,但是其再生的歷程是以地質年代而計,地熱水長期開發的主要效應之一就是要地下水位的持續下降。以100年作為地熱井的開采時間,只能以減少可開采量作為代價才能有望達到,這將限制地熱井的利用效率,無法滿足實際需求。雖然地熱開發需要可持續性,但若沒有了經濟效益,將沒有人再開發地熱。因此,作為一種能源開采,地熱與煤炭、石油等常規能源是一樣的,沒有必要放著非要采100年。但應該科學合理地開采,充分全面地利用,而不是破壞性開采,大量浪費地熱資源。當然,為了取得最好246的經濟、社會效益,地熱開發需要可持續性,但持續過程達100年太長,應以20~30年為宜。
 
  3.2未考慮地熱地質條件的差異地熱水存儲于地下熱儲層中,可分為砂巖孔隙熱儲、碳酸鹽巖巖溶熱儲、裂隙熱儲等。不同巖性的熱儲層具有不同的性質,即使相同巖性的熱儲層,其滲透性、儲水性差異也很大,因而造成地熱井涌水量大小不等。
 
  一般情況下,砂巖孔隙熱儲連通性好、孔隙度大、滲透性好,地熱井涌水量大;而巖溶熱儲、裂隙熱儲發育不均,地熱井涌水量差別很大。如位于黃弊坳陷滄東凹陷的滄州溫泉托老院地熱井,所取熱儲層為上第三系館陶組砂巖孔隙熱儲,水位降深16.81m時涌水量達2877m“/d;位于滄縣隆起獻縣凸起的獻迎熱1井,所取熱儲層為元古界薊縣系霧迷山組巖溶熱儲,水位降深54.94m時涌水量為1965m“/d;而位于冀中坳陷覃城凸起的熱電1井,所取熱儲層為下古生界奧陶系巖溶熱儲,水位降深190m時涌水量僅為84om3/d。
 
  《通知》中統一規定:依據地熱井抽水試驗資料,用內插法(最大水位下降以不大于Zom為宜)初步確定地熱井可開采量,未考慮不同地區地熱地質條件的差異性。據此,滄州溫泉托老院地熱井水位降深16.81m時可開采量達2877m“/d,獻迎熱1井水位降深20m時可開采量715m“/d,而熱電1井水位降深Zom時可開采量僅88m“/d,差距非常大。其中熱電1井若按88m“/d開采,應屬于報廢井,而該井總投資達400多萬元。因此,地熱井可開采量的確定應考慮不同地區地熱地質條件的差異,而不應以水位下降固定值來計算。
 
  3.3缺乏合理操作性熱儲層由于埋藏深、地層壓力大,在未開發地區,初期鉆探成功的生產井基本都能夠自流,即地熱井初始靜水位埋深高于地面。如冀中坳陷饒陽凹陷任熱1井,取水熱儲層為館陶組熱儲,1980年n月成井時初始靜水位高出地面14m;滄縣隆起獻縣凸起獻迎熱1井,200。年n月成井時關井井口壓力0.36MPa,即初始靜水位高出地面36m?！锻ㄖ分幸幎ㄒ宰畲笏幌陆挡淮笥?0m確定地熱井可開采量,對于獻迎熱1井來說,其自流時水位降深36m,自流量1389m3/d,若按《通知》中規定,則其可開采量為降深20m時的772m“/d,小于自流量,開采中應對自流量進行控制。這無論從技術角度還是從經濟角度來講,都缺乏合理操作性。
 
  3.4地熱資源采出量與實際開采不相符《通知》中規定,按公式Qr一KHCr(t廠一t。)計算地熱井開采利用熱儲層單位面積可開采的熱儲存量,其中K值為熱儲層地熱采收率,砂巖一般取。.巧一0.20川,實際開采中遠不能達到這一數值。根據天津濱海地熱田資料,在保持有限降深條件下,按100年開采時限計算,采出水量相當于熱儲層儲存水量的3%左右,換算成采出熱量不足熱儲層儲存熱量的2寫閉。由此可見,按上述公式計算的熱儲層單位面積可開采的熱儲存量過大,相應的地熱井開采影響范圍偏小,地熱井井距缺乏實際指導意義。
 
  實際上,與固體礦產不同,地熱水處于流動狀態,開采過程中,由于地熱井開采漏斗的形成,周圍的地熱水向地熱井內運動,影響范圍相當大。影響采出資源量多少的首要因素為地熱井水位狀態,在相同開采量的情況下,地下水位下降緩慢,則采出資源量多,地下水位下降迅速,則采出資源量少,這是由地質條件控制的。其次,技術、經濟條件也制約著地熱資源采出量的多少。在水位下降到一定程度后,只有高揚程的熱水泵才能采出地熱水,但如果從經濟上考慮沒有效益,開采也就沒有價值了。由此,不同條件下的地熱田,其地熱資源采出量是不等的。
 
  3.5未能提出動態管理的必要性地熱水作為一種液體礦產,開采中水位下降是一種必然的趨勢。一個地熱田,隨著地熱井數量的增加、開采量的加大、開采時間的延續,積累的資料越來越多,對地熱田地質條件的認識也越來越科學、合理。應根據取得的資料,對地熱并可開采量、布井間距進行動態調整,以使地熱井能夠持續開采,取得最大的經濟效益和社會效益。
 
  4確定地熱井可開采量及布井間距的設想。
 
  4.1地熱井可開采盆的確定地熱井可開采量確定的原則為以需定產、以產定產。以需定產,即根據地熱開發所需水量確定可開采量。對于熱儲地質條件較好的地區,在降深較小的情況下地熱井涌水量很大,可根據用戶需求確定地熱井可開采量,使地熱井的利用效率達到最高。以產定產,即根據地熱井最大經濟開采量確定可開采量。對于熱儲地質條件較差的地區,地熱井往往在降深較大的情況下,涌水量較小,此時,根據熱水泵提升能力及經濟效益,確定最佳降深情況下的地熱井可開采量。
 
  4.2地熱井布井間距的確定地熱井開采過程中形成水壓力降落漏斗,使周圍地熱井水位產生下降,影響其開采。因此,必須確定合理的布井間距,以保證地熱井間的水位干擾不影響地熱水的開采?？筛鶕?a href="http://www.optool.cn/t/抽水試驗.html" >抽水試驗成果,計算出不同井間距時的影響降深,確定地熱井之間的干擾系數,再根據規定的最大影響降深值(如5一10m),選取一個合理的布井間距?？紤]到一口地熱井周圍會逐步鉆鑿多口地熱井,每一口地熱井都會受到其他地熱井的干擾,選取布井間距時應適當加大距離。最大影響降深值應根據各地地熱開發實踐取得的資料,考慮不同的地質條件來規定。
 
  4.3地熱田布井總數的確定目前,地熱開發主要是采取單井開發模式,即在地熱條件較好的地區,首先鉆鑿一口地熱井進行開發利用,然后在其示范帶動下,逐步鉆鑿更多的地熱井。對于一定范圍內的一個地熱田,確定其可布井總數,可控制地熱田地熱水開采總量,保證地熱田的開采年限,實現地熱開發的可持續性。
 
  一個地熱田在鉆鑿了2~3口地熱井后,經過2一3年的開采,積累了大量的開采動態資料,據此可建立水位降深與開采量關系的數學方程。根據當前地熱井靜、動水位埋深情況,可計算出在規定的最大允許動水位埋深(如200~250m)內的地熱田可開采總量,再根據規定的開采年限(如20一30年)、單井可開采量,確定地熱田可布井總數。
 
  4.4地熱井可開采且及布井間距的動態調整地熱井開采過程中應進行長期動態觀測工作,根據觀測資料,對確定的地熱井可開采量、布井間距、地熱田布井總數進行評價。如果實際開采情況與設計不相符,應及時調整地熱井可開采量、布井間距、地熱田布井總數,以使地熱井水位下降處于可控狀態,保證地熱井的使用年限。
 
  4.5已規模開發地熱田地熱井可開采里的確定對于已規模開發的地熱田,地熱井已鉆鑿完成,應根據開采動態資料,計算出地熱田在一定年限、最大允許動水位埋深情況下的可開采總量,再根據地熱田已有地熱井數量、單井出水能力、開發利用需水量確定地熱井的可開采量,并根據開采動態及時進行調整。
 
  5實現地熱開發可持續性的保障措施。
 
  地熱開發的可持續性要求科學合理地確定地熱井可開采量及布井間距,使地熱井水位下降處于可控狀態,不能掠奪性開采地熱資源。為了實現這一點,需要各級管理、技術部門共同努力,盡職盡責。
 
  (1)專業管理部門盡快制定切實可行的規定、標準,為地熱井可開采量、布井間距的確定提供依據,使地熱開發走上科學合理的道路。
 
  (2)相關職能部門充分履行自己的職責,堅決杜絕無證開采、不按規定超量開采現象的發生,建立相應的核查機制,保證地熱開發符合相關法律、法規的規定。
 
  (3)有關技術部門應建立地熱井的長期動態觀測機制,對地熱井進行水位、水量、水溫、水質的長期觀測,并對觀測結果進行分析研究,提出地熱開發建議,為管理部門進行動態管理提供依據。
 
  (4)地熱開發商應嚴格按照規定進行地熱水的開采,并充分利用地熱能,使地熱資源發揮最大的效益,同時,配合技術部門做好動態觀測工作。
 
  以上僅是一些不成熟的設想,希望地熱專家深人調查研究、集思廣益,制定出科學合理的地熱開發利用方案,為中國地熱開發的持續發展提供技術支持。