西藏自治区错那县浅层低温地热井群井抽水成果分析与评价.docx

西藏自治区错那县浅层低温地热井群井抽水成果分析与评价

摘要：本文主要是通过群井开采性抽水试验方法，分析研究错那县浅层低温地热田的地热资源允许开采量及群井抽水试验时各地热井之间的干扰情况和抽水试验过程中各抽水井的水温变化情况等，为今后合理开发利用该区浅层地热资源提供技术支撑和依据。
关键词：错那县 浅层低温 群井抽水试验 群井干扰 水温变化
一、 地热田地热流体允许开采量计算及水温变化分析
西藏自治区错那县浅层低温地热井群井抽水试验工作，是按工作区地热供暖设计需水量要求进行的。本次群井抽水试验工作时，水位不稳定，特别是观测井中的水位一直持续缓慢下降，停抽后水位虽有所恢复，但始终达不到初始水位。群井抽水井中只有QJ-04井达到初始水位，其余各抽水井及观测井水位在观测5天的情况下均未达到抽水前水位，这说明抽水量大于补给量，已消耗了工作区地下水的储存量，若按这样的抽水量开采，是得不到补给保证。本次选用开采性抽水试验法计算工作区地热田地热流体允许开采量是最可靠而且最准确的，无论潜水还是承压水，孔隙水还是裂隙水，新建地热田还是旧地热田，都能应用。它主要适用于水文地质条件复杂，一时难以查清补给条件，而又急需对地热流体水资源量作出评价，或用水部门对水量的保证程度要求较高的地热田的地热流体资源量评价。根据以上特点选用开采性抽水试验法，计算工作区地热流体允许开采资源量是可行的。
1、地热田地热流体允许开采量计算分析
工作区共施工生产井18口，最大井距不超过300m。在其中6口井中进行了15天左右的开采性抽水试验，观测数据见表1。这些数据表明，在水位急速下降阶段结束后，开始等幅持续下降，停抽后，发现观测井及抽水井水位有所回升，但始终达不到初始水位，这说明抽水量已经大于补给量。利用表2中的统计资料列出以下方程式：
计算公式：
（Q抽-Q补）△t=uF△s
Q抽= Q补+ uF
Q抽：为抽水总量（m3/d）；
Q补：为抽水条件下的补给量（m3/d）；
△s：为△t时段（d）内的水位下降值（m）；
U：为含水层的给水度；
F：为含水层降落漏斗面积（m2）；
uF：为水位下降1m时消耗的储存量，简称单位储存量（m2）。
错那水源地开采性抽水试验观测资料 表1
井号
QJ-2
QJ-13
QJ-15
QJ-20
QJ-4
QJ-10
单位
开采量（m3/d）/平均降速(m/d)
第一次降深
577.2
13.34
1299.84
9.17
1218.96
2.2
1399.20
3.16
1249.44
6.21
1195.92
11.86
第二次降深
324
8.87
831.84
6.67
1248.65
0.11
1535.04
0.67
1094.16
1.83
760.80
8.8
第三次降深
247.2
1.72
721.20
0.20
1095.60
0.97
1205.04
5.00
866.16
1.59
601.44
2.49
错那水源地开采性抽水试验观测统计资料 表2
时段（月、日）
20～24
24～27
27～29
平均抽水量（m3/d）
6940.56
5794.50
4736.64
水位平均降速（m/d）
7.66
4.49
2.00
联立3个方程式：
①6940.56=Q补+766 uF
②5794.50= Q补+4.49 uF
③4736.64= Q补+2.00 uF
用其中两个任意方程便可解出Q补和uF值。为了全面考虑，把三个方程搭配联解，求出Q补和uF值，结果见表3。
计算结果表 表3
联立方程号
1. 和 ②
2. 和 ③
平均
Q补（m3/d）
4171.24
3886.96
4029.10
uF/m2
361.53
424.84
393.19
从计算结果来看，由于不同时段组合所求的补给量相差不是太大，但uF值变化较大，受工作区构造影响，裂隙发育不均，降落漏斗扩展速度不均所致。从图1可以看出，群井抽水试验时出现3个小的漏斗，QJ10和QJ20井由于此区域富水性好，裂隙发育，降落漏斗扩展范围较小，对周边观测井影响较小；以QJ04井为中心形成的降落漏斗受QJ15井抽水影响呈狭长状，漏斗扩展范围较大，说明此区域富水性一般，裂隙较发育，对周边观测井水位均有不成程度的影响；QJ13和QJ02井，尤其由于以上两区域富水性较差，裂隙不发育，群井抽水时降落漏斗扩展范围最大，影响到最远的QJ03井水位；从以上分析可以得出，工作区由于地下水富水性不均，裂隙发育程度不一造成uF值变化较大。
为了使计算结果更加准确，本次计算再利用水位恢复资料进行复核，计算数据见下表4。
恢复水位核算计算表 表4
抽水井号
时间段
水位恢复/m
（m）
计算公式
补给量（m3/d）
个值
平均值
QJ-2
8.29~9.02
11.16
2.23

Q补= uF
876.81
单井Q补=822.55
群井Q补=4935.3
QJ-13
8.29~9.02
13.55
2.71
1065.54
QJ-15
8.29~9.02
10.75
2.45
845.36
QJ-20
8.29~9.02
5.42
1.08
424.65
QJ-10
8.29~9.02
11.47
2.29
900.41
从以上计算结果可以看出，该地热田地热流体资源的补给量在4000～4900m3/d之间，以此作为开采量是有保证的。

图1 群井抽水试验降落漏斗图
2、抽水试验过程中各抽水井的水温变化情况分析
在这次开采性群井抽水试验过程中，对其抽水井及观测井的水温均进行了监测，发现与单井抽水时水温有所变化，其中观测井未出现明显的温度变化情况，抽水井水温变化明显（详见表5）。
单井和群井抽水时温度对照表 表5
井号
QJ02
QJ04
QJ10
QJ15
QJ20
单井抽时水温（℃）
31
29
31
64
27
群井抽时水温（℃）
32
35
29

65
28
通过本次开采性群井抽水试验与单井抽水试验时，各井水温变化情况进行对比发现， QJ02、QJ10、QJ15及QJ20水温变化不大，相差正负1℃，分析认为主要原因与测量时的环境有关，群井及单井抽水试验时测量的均为井口出水水温，抽水时的气温直接影响测量温度，另外与测量时的人员读数有直接关系，所以才造成以上5口井单井与群井抽水试验时水温出现误差。QJ04井完井初期，处于自涌状态，涌水量达到90m
3/h，水温29℃，但在群井抽水前测量发现，自涌量为50 m3/h左右，自涌量处于衰减状态，通过群井抽水试验后，水温为35℃，分析认为主要原因为第一次大降深抽水时，水质浑浊，含水层裂隙被抽开，高温热水开始向QJ04井补给，所以才造成群抽水时温度高于静止状态下的出水水温。
二、 开采性群井抽水试验干扰评价分析
地热资源量及地热流体资源量是评价地热田开发利用的主要依据，其评价方法多种多样。地热田在开发建设后，实际地热流体资源量往往与群井干扰抽水试验热流体资源量很接近，相应的地热流体流量与抽水降深也是最直观地体现在以后实际运作时的相应的数值上。本次根据实际群井抽水试验所获资料（见表6），将抽水井水位、水量与各单井抽水时的降深、水量进行对比，计算出单井同降深情况下涌水量和降深的干扰值。
单井和群井抽水时降深与流量对照表 表6
单井和群井抽水时降深与流量对照表

单井抽水
群井抽水
井号
水位降深（m)
流量(m³/h）
单位涌水量（L/s•m）
水位降深（m）
流量(m³/h)
流量（L/s）
QJ02
17.25
28.97
0.467
20.41
27.0
7.5
QJ04
0
77.7

19.55
92.29
25.63
QJ10
5.78
64.11
3.081
20.61
65.32
18.14
QJ13
17.12
59.63
0.968
18.79
67.68
18.8
QJ15
7.84
50.44
1.787
18.64
104.51
29.03
QJ20
4.94
49.65
2.792
17.69
128.82
35.78

式中：S-群井干扰抽水时的已知水位下降值m；
Q-群井干扰抽水时在降深为S时所对应的出水量m³/d；
H-含水层的厚度，m，取本水源地平均含水层厚度64.23m;
Sx-群井抽水时任意一个水位下降值m；
Qx-群井抽水时Sx所对应的出水量值m³/d；
q-单位涌水量，L/s•m。
计算结果：
QJ02群井抽水时水位为17.25m时所对应的流量Qx;：23.49m³/h，单位涌水量q：0.378L/s•m；
QJ10群井抽水时水位为5.78m时所对应的流量Qx;：20.84m³/h单位涌水量q：1.002L/s•m；
QJ13群井抽水时水位为17.12m时所对应的流量Qx;：64.67m³/h，单位涌水量q：1.049L/s•m；
QJ15群井抽水时水位为7.84m时所对应的流量Qx;：48.28m³/h，单位涌水量q：1.711L/s•m；
QJ20群井抽水时水位为4.94m时所对应的流量Qx;：40.11m³/h，单位涌水量q：2.255L/s•m。
流量干扰值计算：

式中：pq——同一水位降深时的流量干扰值；
qa——单井抽水时的单位出水量，L/s•m；
qb——群井干扰抽水时的单位出水量，L/s•m。
经计算，各抽水井同一水位降深时的流量干扰值为：
QJ02在水位为17.25m时的流量干扰值P
q：20.98%；
QJ10在水位为5.78m时的流量干扰值Pq：67.48%；
QJ13在水位为17.12m时的流量干扰值Pq：-8.37%；
QJ15在水位为7.84m时的流量干扰值Pq：4.25%；
QJ20在水位为4.94m时的流量干扰值Pq：19.23%。
降深干扰值计算：

式中：Px——同一出水量时降深干扰值；
sa——单井抽水某一流量时的水位下降值，m；
sb——群井干扰抽水对应Sa流量时的水位下降值，m。
经计算，各抽水井同一出水量时降深干扰值为：
QJ02在流量为28.97m³/h时所对应的降深值：21.29m；
QJ10在流量为64.11m³/h时所对应的降深值：17.77m；
QJ13在流量为59.63m³/h时所对应的降深值：15.79m；
QJ15在流量为50.44m³/h时所对应的降深值：8.19m；
QJ20在流量为49.65m³/h时所对应的降深值：6.12m。
流量对应的干扰值：
QJ02在流量为28.97m³/h时降深干扰值：23.42%；
QJ10在流量为64.11m³/h时降深干扰值：431.29%；
QJ13在流量为59.63m³/h时降深干扰值：-7.77%；
QJ15在流量为50.44m³/h时降深干扰值：4.46%；
QJ20在流量为49.65m³/h时降深干扰值：23.87%。
从流量和降深干扰计算结果可见，QJ13、QJ15生产井在同时开采过程中干扰较小，主要因为以上两个生产井位于工作区的东部，受F4断层影响，补给量充沛，水温高。据本次群井抽水试验资料，当关闭QJ15抽水井时，距其较近QJ15井的观测井QJ11、QJ17井内静止水位均未出现明显的上涨迹象，说明QJ15井受F4断层影响，与西北部的其它井水力联系差，地下水补给方向不同。当关闭QJ13号抽水井时，距其较近的观测井QJ12、QJ01，只有QJ12井与QJ13井同步的水位上涨现象，但QJ01井未发生明显的水位变化情况，说明QJ15、QJ12、QJ13井受断层影响与其他西部的钻井水力联系差，补给来源不同，地下水径流方向不同,经计算和实际的群井抽水试验相吻合。QJ20井经计算，其降深、流量与其它井干扰较小，主要是因为QJ20井位于补给区上游，此区域富水性好，补给来源比较丰富。QJ02井位于地下水水径流带的下游，此区域富水性差，同时抽水时，上游钻井出水流量大，掠夺了QJ02井的补给量，所以同时抽水时干扰比较大。QJ10井位于地下水径流带的中部，受QJ20、QJ04井掠夺影响，其同降深时出水量较小，同时抽水时与其它井干扰大较大。
三、总结
通过上述分析计算评价可知，错那县浅层低温地热田地热流体资源的补给量在4000～4900m3/d之间，以此作为开采量是有保证的。从群井抽水试验过程中各抽水井的水温变化情况分析可以看出，群井干扰抽水试验时，对各地热井的水温影响变化较小。从开采性群井抽水试验干扰评价分析可以看出，由于受该区断层构造、地下水补径排条件及富水性不均一等因素影响，该区各地热井群井抽水试验时各别地热井干扰影响较大。因此，在今后开发利用该区浅层低温地热资源时，要合理布设和选取开采地热井。同时要进一步加强分析研究错那县浅层低温地热田的地热资源允许开采量及群井抽水试验时各地热井之间的干扰情况和抽水试验过程中各抽水井的水温变化情况等，为今后合理开发利用该区浅层地热资源提供技术支撑和依据。
参考资料：
1. 《西藏自治区错那县城浅层地热资源勘查报告》（陕西省一三九煤田地质水文地质有限公司，2016年11月）；
2. 《西藏自治区错那县浅层低温地热井群井抽水试验报告》（陕西省一三九煤田地质水文地质有限公司，2016年11月）。
张磊，男，1984，中共党员，陕西乾县人本科，地质工程师，主要从事地热研究与开发工作。
郭春锋，男，1987年，中共党员，甘肃正宁人，本科，水工环地质工程师，主要从事水文地质、工程地质、环境地质、地热资源勘查与开发利用研究、煤田地质勘查等方面的工作。

-全文完-