雄县地热田示踪试验的解释及分析.docVIP

雄县地热田示踪试验的解释及分析 庞菊梅 1，王树芳 2，孙彩霞 3，高小荣 4，刘久荣 2 (1. 首都师范大学，北京 100048；2. 北京市水文地质工程地质大队，北京 100195； 3. 陕西绿源地热能源开发有限公司，咸阳 712000.；4. 中国石化集团新星石油公司，北京 100083) 摘 要：雄县地热田在 2009-2010 年地热回灌期间开展了示踪试验。示踪试验过程中没有从生产井和观测井群所取水 样中检测到示踪剂，但是基于生产井和回灌井之间流动通道的若干假设，对示踪剂回收的浓度及峰值的出现时间进行 了模拟预测，对通道的流体流速进行了估计。并且运用水平裂隙介质模型对由于长期地热采暖尾水回灌可能引起的热 储冷却进行了预测，为回灌井和生产井的合理井间距的选择，提供一定的依据。 关键字：地热回灌；示踪试验；热储冷却；模拟预测 中图分类号：TK521 文献标识码：A 文章编号：1007-1903(2011)02-0012-06 凸起和凹陷的分布呈批盖式沉积，第四系松散层和新 近系砂岩、砾岩和泥岩近乎水平，古近系砂岩、砾岩 0 概述 地热能是一种清洁的绿色能源。回灌是保证地热 系统可持续开发利用的有效措施，示踪试验常与回灌 试验一起进行，用来研究回灌井与生产井之间的水力 联系、可能的导水通道，以及定量化研究地下水系统 中的流体流速问题。雄县地区地热资源的开发利用已 有三十多年的历史，本次在回灌试验的同时实施了示 踪试验。本文对示踪试验进行分析，对示踪剂回收的 浓度及峰值的出现时间进行了模拟分析，并且运用水 平裂隙介质模型对长期回灌可能引起的热储冷却进行 了预测，为回灌井和生产井的合理井间距的选择，提 供一定的依据。 和泥岩倾角平缓。下伏地层为白垩系、侏罗系、二叠系、 石炭系、奥陶系、寒武系、青白口系、蓟县系和长城系， 以及太古界变质岩 [1]。 对雄县范围具有重要影响的断裂构造主要有牛东 断裂、大兴断裂、容城断裂、牛南断裂和雄县西断裂（图 1）。其中，前四者形成于燕山运动晚期，在喜马拉 1 研究区地热地质条件概况 河北省雄县地热田位于牛驼镇地热田的西南部， 在华北平原的北部，全区 524km2 皆赋存地热资源。雄 县区域地热开发主要是新近系砂岩孔隙热储和基岩岩 溶裂隙热储。 1.1 地质条件概况 雄县及其周边地区的地层包括新生界第四系、新 近系和古近系，古生界奥陶系和寒武系，中上元古界 青白口系和蓟县系以及古生界。其中新生界随牛驼镇 图 1 雄县地区基岩地质图 雅运动早期活动加剧，是长期活动性断裂，根据区域 地质资料，推断 NE 向断裂由压性转变为张性，NE 向 断层为张性。其它断裂一般规模较小，对第三系的沉 积不起控制作用 [1]。 雄县地热田此次示踪试验开始于 2010年1月 26 日， 是在回灌试验进行了一段时间之后，热储系统达到一 个相对稳定的状态下进行的。本次试验中选取的地热 井位于雄县县城北部地区，开采利用的热储均为蓟县 系雾迷山组岩溶裂隙热储。示踪试验期间，选取回灌 1.2 地热地质条件概况 雄县地热田被认为是一个有共同热源的地质综合 体 [2]，关于地热盖层、导水通道和热储信息的简单概 念模型描述如下： （1）热储盖层 雄县范围内第四纪地层构成了地热系统的良好的 盖层。热储盖层的平均厚度变化在 380 ～ 470m，岩 性主要以粘性土为主，夹有部分砂层，水交替条件比 较差。粘土具有较高的孔隙度，但是渗透率非常小 （10-1mDarcy）。粘土的热导率为 1.7 ～ 2.3W/mK，小于 雄县热储的平均热导率 [2]。因此，热导性和渗透性的 状况不利于在第四系和更深的地层之间传导热能或形 成热对流，从而第四系为深部的砂岩和白云岩热储形 成了良好的热储盖层。 （2）热储 雄县地热田范围内普遍存在第三系热储。其中， 在牛驼镇凸起部分仅存在蓟县系热储，其埋藏深度在 950m ～ 1050m 之间，是雄县地热系统开发利用的主 要热储层。而在牛驼镇凸起以东，虽然第三系下伏地 层为奥陶系和寒武系灰岩，但因埋藏深度大于 5000m， 目前不具备开采条件 [1]。 （3）导水通道 雄县地热系统基岩中的断裂和次生断裂构成了地 热水的主要导水通道。 井 0902 周围的另外 5 口生产井 0901、0801、0704、 0703 和 0307 作为观测井进行取样分析，其具体位置 如图 2 所示。5 个观测井距离回灌井的距离从 350m 到 2km。 图 2 示踪试验井位分布图 本次示踪试验选择氟苯甲酸作为示踪 剂，总共 22kg 的氟苯甲酸被一次性注入到回灌井中。示踪剂的 检测方法是气相色谱质谱技术 (GCMS)，检测的下限浓 度为 40ng/L。注入示踪剂之后，从观测井中采集水样， 检测示踪剂