太原地熱資源勘查XNR-2井成井研究

李 然 平

(山西省第一水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊，山西 太原 030024)

太原地熱資源勘查XNR-2井成井研究

李 然 平

(山西省第一水文地質(zhì)工程地質(zhì)隊，山西 太原 030024)

以太原西南地熱資源勘查項目為例，分析了該項目所在地的地質(zhì)構造特征、水文地質(zhì)條件及熱儲層特征，并對該項目XNR-2井的鉆井過程、固井情況及錄井工作等進行了論述，得出了一些有價值的結論，以供參考。

地熱資源，勘查，鉆井，熱儲層

0 引言

山西省太原市西南部地熱資源勘查項目是山西省國土廳批準實施的兩權價款項目，由山西省地質(zhì)調(diào)查院申請立項，編寫設計，具體實施。

太原西南地熱資源勘查項目XNR-2井地處山西省太原市城區(qū)南部，行政區(qū)劃屬太原市小店區(qū)管轄，具體位置為：太原市南中環(huán)街體育路口北張小區(qū)附近。地表全部被第四系黃土所覆蓋，地勢平坦。XNR-2鉆孔位于太原市小店區(qū)北張村附近，本地熱井由山西省地質(zhì)調(diào)查院委托山西省地質(zhì)工程勘察院組織施工，通過緊張的施工，XNR-2井已經(jīng)順利完井竣工。

1 地質(zhì)部分

1.1 地質(zhì)構造特征

從大地構造單元看，太原盆地地處山西臺背斜中段，東部屬太行山斷裂隆起帶，中部為汾渭地塹新裂谷，西部屬呂梁山斷裂隆起帶。本區(qū)構造形跡主要形成于燕山期和喜山期，燕山運動以擠壓為主，形成一系列斷裂和褶皺。喜山運動以拉張為主，形成了北東向的汾河地塹和張性斷裂和節(jié)理，并切割了燕山期構造形跡。該區(qū)新構造運動活動強烈，構造的形成和活動為地熱的形成提供了有利條件。

1.2 水文地質(zhì)條件

本區(qū)域地下水共有四種類型。即松散層孔隙水、碎屑巖類裂隙水、碎屑巖夾碳酸鹽巖裂隙巖溶水和碳酸鹽巖類裂隙巖溶水。

1.2.1 松散巖類孔隙水

依地貌單元不同可劃分為黃土丘陵區(qū)孔隙水、傾斜平原洪積扇孔隙水、沖積平原孔隙水，埋深均在50 m以上。其富水性、成因類型與埋藏條件相關，河谷區(qū)為強徑流帶，山區(qū)則次之。中深層孔隙水是市區(qū)松散層孔隙水最主要開采層位之一。分布在傾斜平原和沖洪積平原，埋深200 m～400 m左右，由第四系中、下更新統(tǒng)含水層組成。一般厚度大，地下水補給較充沛、富水性較強。20世紀80年代以來，開采量的逐年增加，補排關系失去平衡，地下水位持續(xù)下降，局部地區(qū)形成許多區(qū)域性地下水降落漏斗，一些地區(qū)水位降到100 m以下，含水層呈現(xiàn)疏干狀態(tài)。

1.2.2 碎屑巖類裂隙水

本含水巖組由石炭系、二疊系、三疊系砂巖組成。由于這些層位中頁巖、泥巖、砂質(zhì)泥巖厚度大，含水砂巖一般很薄，地下水賦存條件差，一般含水性較弱。而埋藏在盆地松散層以下的三疊系劉家溝組及二疊系石千峰組地層中，砂巖厚度大，遇裂隙發(fā)育部位，富水性較好。

1.2.3 碎屑巖類夾碳酸鹽巖裂隙巖溶水

含水巖組為石炭系上統(tǒng)太原組煤系地層的砂巖和海相生物碎屑石灰?guī)r，一般裂隙和巖溶較發(fā)育，有的含水層段富水性較強，但由于山區(qū)采煤，局部含水層段被疏干；盆地區(qū)地熱井揭露，富水性中等。

1.2.4 碳酸鹽巖類裂隙巖溶水

主要含水巖組為奧陶系中統(tǒng)碳酸鹽巖，分布面積廣，地層厚度大，劃分為上、下馬家溝組和峰峰組。上馬家溝組含水豐富，巖溶發(fā)育，多呈溶孔、溶洞組成峰窩狀，為巖溶水的賦存、運移、水循環(huán)交替創(chuàng)造了空間條件，加速了巖溶層的溶解、溶濾作用，而斷裂構造構成了區(qū)域巖溶水深循環(huán)通道。

1.3 熱儲層特征

勘查區(qū)熱儲層為奧陶系中統(tǒng)上馬家溝組、下馬家溝組碳酸鹽類巖溶裂隙型層狀熱儲，地層為中奧陶系灰?guī)r及白云巖。巖性以白云質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r為主，含有少量泥灰?guī)r，與石炭系本溪組不整合接觸；上馬家溝組巖性為灰?guī)r、含少量泥灰?guī)r，本組巖溶裂隙發(fā)育，為奧陶系主要含水層，也為該區(qū)地下熱水的主要儲熱層，本組厚250 m；下馬家溝組巖性為白云質(zhì)灰?guī)r，裂隙較為發(fā)育。熱儲層總厚度約400 m。

地壘之下的奧灰?guī)r溶地下水，深埋于千米之下，導熱率達1.7 W/(m·K)～3.3 W/(m·K)，吸收和匯集的熱能難以散失，而且既有深部中地殼熱源條件，又有熱水對流循環(huán)的通道密布，是十分理想的熱儲層。

2 鉆井施工部分

2.1 地熱井主要成井指標

1)單井成井深度為1 701 m；

2)井口出水量：(降深42.93 m)121.03 m3/h；出水溫度37.5 ℃。

2.2 鉆進施工

該井為直井，在鉆井過程中為保證井身質(zhì)量，嚴格按照施工設計進行施工，鉆進時，輕壓吊打，確保井孔居中，保證表層套管垂直下入，并根據(jù)地層巖性特征及時調(diào)整鉆井參數(shù)和泥漿性能，保證順利測井和技術套管的下入。

2.3 井身結構

井身結構及井管程序表見表1。

2.4 鉆井設備

鉆井設備表見表2。

2.5 固井情況

φ399.7×9.65 mm泵室管(0 m～232.28 m)，技術管(232.28 m～1 162.07 m)與井壁間的環(huán)狀部分用水泥進行了永久性封固，水泥凝固48 h對固井質(zhì)量進行了注水法檢測，向套管內(nèi)注滿清水，連續(xù)觀測3 h，水位下降為零。符合規(guī)范規(guī)定的觀測2 h～4 h，最終2 h水位下降不超過40 mm的標準，該井固井質(zhì)量優(yōu)良，止水效果良好。

表1 井身結構及井管程序表

表2 鉆井設備一覽表

2.6 錄井工作

按施工設計，本井232 m～1 162 m，每鉆進5 m撈取巖屑樣一個，1 162 m～終井每鉆進2 m撈取巖屑樣一個。全井采集巖屑樣455個，所采取的巖屑樣均經(jīng)洗凈、曬干、裝袋，然后進行了巖石的定名、分層和巖性描述。

施工過程中以小班為單位進行了泥漿溫度的觀測，同時觀測氣溫，至終井觀測60次。井口泥漿溫度大致隨井深加深逐漸遞增，在鉆進過程中隨時調(diào)整泥漿指標和泥漿量，需要不斷地調(diào)配補充泥漿，各小班所測井口泥漿溫度有一定的波動，因此，其對地下熱儲層溫度的估測只起到一定的參考價值。

2.7 洗井

本井洗井鉆桿下至1 700 m，用泥漿泵把井內(nèi)泥漿替出，然后用空壓機及泥漿泵聯(lián)合氣舉洗井，洗井8 h洗至砂凈。上提鉆桿至1 500 m，繼續(xù)洗井，洗井4 h砂凈結束。

2.8 試驗井情況

取水段：1 162 m～1 701 m；

熱儲類型：碳酸鹽巖類裂隙巖溶水；

取水層厚度：380 m。

2.9 抽放水試驗過程

本井進行了3個降次的抽放水試驗工作，工作開始前測得靜止水位+10.78 m。

在其穩(wěn)定時間內(nèi)水量、水位跳動誤差均符合規(guī)程、規(guī)范的要求，抽水試驗曲線Q=f(s)，q=f(s)正確，符合規(guī)范要求(見圖1，圖2)。

2.10 熱儲水文地質(zhì)參數(shù)計算

根據(jù)抽水結果，單井完整井穩(wěn)定流采用裘布依公式與希哈特公式迭代計算獲得滲透系數(shù)K及影響半徑R。

K=0.366Q/M/s×lg(R/r)。

其中，K為滲透系數(shù),m/d;Q為涌水量，m3/d；M為含水層厚度，m；s為抽水水位降深，m；R為影響半徑，m；r為抽水井半徑，m。

各參數(shù)取值及計算結果見表3。

表3 熱儲水文地質(zhì)參數(shù)計算結果表

3 結論與建議

1)本井在施工過程中嚴格執(zhí)行施工設計，科學施工，確保施工質(zhì)量，取得的資料真實可靠；2)本井達到了設計和合同要求，達到了勘察的主要目的；3)本井水量較大，可轉為開采井進行使用；4)建議進行系統(tǒng)的長期動態(tài)觀測工作，系統(tǒng)的積累資料，為科學、合理地開采提供依據(jù)；5)在使用的時候要具備“三表一孔”，即壓力表、溫度表、流量表和水位檢測孔，以便準確及時的記錄和掌握井的情況；6)該井水量大、水溫高并含有多種微量元素和有益成分，綜合利用價值較高。因此應珍惜這一寶貴的地熱能源及水利資源，在使用過程中切實充分發(fā)揮其效能，做好梯級綜合利用規(guī)劃。還能使這一寶貴的地熱資源得到充分利用。不僅可以取得豐厚的經(jīng)濟收益，而且也可以帶來巨大的社會效益；7)地下熱水資源是一種潔凈的無污染綠色新型能源，為一種一朝投入、長期受益的環(huán)保型礦產(chǎn)資源，開發(fā)利用這一廉價的環(huán)保型礦產(chǎn)資源，對自然環(huán)境有著明顯的現(xiàn)實意義。

Research on Taiyuan geothermal resource survey XNR-2 well completion

Li Ranping

(Shanxi1stHydrogeologicalEngineeringGeologyTeam,Taiyuan030024,China)

Taking southwest Taiyuan geothermal resource survey project as an example, the paper analyzes its geological structure features, hydrogeological conditions and thermal reservoir, discusses the drilling process of the project XNR-2 well, well fixing conditions and well recording conditions, and finally draws some valuable conclusions, with a view to provide some guidance.

geothermal resource, survey, drilling well, thermal reservoir

2014-11-26

李然平(1981- )，男，助理工程師

1009-6825(2015)04-0091-02

TU412

A