寶坻區(qū)寶9區(qū)塊地?zé)豳Y源開發(fā)潛力及對(duì)策分析

□文/郭充

寶坻區(qū)寶9區(qū)塊地?zé)豳Y源開發(fā)潛力及對(duì)策分析

□文/郭充

地?zé)豳Y源作為一種綠色資源，越來越受人們的重視和利用。近年來，天津市經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，為打造綠色城區(qū)，減少城市污染，對(duì)綠色能源需求逐年增加。文章對(duì)寶坻區(qū)寶9區(qū)塊地?zé)岬刭|(zhì)構(gòu)造條件進(jìn)行了論證分析，預(yù)測區(qū)內(nèi)新近系館陶組熱儲(chǔ)層地?zé)崴疁?、水量、回灌量并提出了地?zé)豳Y源開發(fā)利用對(duì)策。

地?zé)?；資源；熱儲(chǔ)層；開發(fā)；天津；寶坻區(qū)

近年來，天津市經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，對(duì)能源需求越來越大，地?zé)豳Y源作為一種環(huán)保型能源，以其清潔、無污染的特點(diǎn)備受人們青睞。天津市地?zé)豳Y源豐富，是我國首批“中國溫泉之都”之一，利用地?zé)豳Y源提高城市品位，改善生活條件，同時(shí)減小燃煤等造成的污染是天津市城建工作中一項(xiàng)重要舉措[1]。

寶9區(qū)塊于天津市寶坻區(qū)內(nèi)，潘青公路與九園公路交口。區(qū)內(nèi)城市供熱配套設(shè)施不完善，供熱需求較大。為此，對(duì)該區(qū)地?zé)豳Y源開發(fā)潛力進(jìn)行分析，制定科學(xué)合理地開發(fā)規(guī)劃，對(duì)實(shí)現(xiàn)該區(qū)地?zé)岬目沙掷m(xù)開發(fā)利用有著十分重要的意義[2]。

1　地?zé)岬刭|(zhì)條件

1.1構(gòu)造特征

本次研究區(qū)范圍見圖1。寶9區(qū)塊構(gòu)造位置位于冀中坳陷（Ⅲ級(jí)）的武清凹陷（Ⅳ級(jí)）上，武清凹陷北以寧河-寶坻斷裂為界與寶坻凹褶相鄰，東南以古近系缺失線為界分別與大城凸起、王草莊凸起相接；凹陷內(nèi)沉積巨厚的古近系，基巖以中生界為主。區(qū)塊內(nèi)基巖為中生界和古生界奧陶系，頂板埋深為2 800～3 200 m。附近發(fā)育斷裂主要有漢沽斷裂、牛蹄河斷裂、楊碼頭斷裂及八道沽斷裂。

1.2地層特征

根據(jù)區(qū)域地質(zhì)及鉆井資料，研究區(qū)已揭露的地層自上而下有新生界第四系、新近系及古近系、中生界、古生界石炭-二疊系、奧陶系和寒武系、中新元古界的青白口系和薊縣系霧迷山組。

1.3地溫場特征

在研究區(qū)中，由于地質(zhì)構(gòu)造條件差異，形成了兩個(gè)地溫梯度高值區(qū)，一個(gè)是研究區(qū)北部牛蹄河斷裂以北基巖淺埋區(qū)，屬于周良莊地?zé)岙惓^(qū)范圍，地溫梯度值最大值＞4.0℃/100 m；另一個(gè)為研究區(qū)南部大唐莊附近，緊靠漢沽斷裂，屬于潘莊地?zé)岙惓^(qū)范圍，地溫梯度值最大值＞4.0℃/100m。

寶9區(qū)塊所在位置屬于正常增溫區(qū)見圖1，根據(jù)區(qū)域蓋層平均地溫梯度圖，推測寶9區(qū)塊所在位置蓋層平均地溫梯度為2.5～2.8℃/100m，見圖2。

圖2　研究區(qū)蓋層平均地溫梯度等值線

1.4熱儲(chǔ)層特征

研究區(qū)從上到下發(fā)育兩種類型的熱儲(chǔ)：即上部以砂礫巖為主的孔隙型熱儲(chǔ)（包括新近系明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)層和館陶組熱儲(chǔ)層）；下部以灰?guī)r、白云巖為主的巖溶裂隙型熱儲(chǔ)（包括奧陶系、寒武系和薊縣系霧迷山組熱儲(chǔ)層）[3]。

1）新近系明化鎮(zhèn)組熱儲(chǔ)層。該熱儲(chǔ)層為一套砂巖、砂礫巖與泥巖頻繁交互疊置的河流相沉積層，在區(qū)域內(nèi)普遍分布。揭露熱儲(chǔ)頂板埋深為253～507m，揭露厚度為689～1180m。研究區(qū)2眼該層地?zé)峋鏊疁囟葹?5～48℃，單井出水量60～90 m3/h。該層地?zé)崃黧w化學(xué)類型為HCO3-Na型，總礦化度為900mg/L左右。

2）新近系館陶組熱儲(chǔ)層。該熱儲(chǔ)層在研究區(qū)部分地區(qū)缺失，為河流相碎屑巖沉積層，揭露頂板埋深為1346～1433m，揭露厚度為161～404m。根據(jù)區(qū)域地溫梯度估算，熱儲(chǔ)溫度在40～59℃。研究區(qū)西側(cè)WQR-22井成井目的層為館陶組熱儲(chǔ)層，該井井口流體最高溫度59℃，出水量為126 m3/h，地層孔隙度為23.01%～29.27%，滲透率為219.6×10-3～718.57×10-3μm2，泥質(zhì)含量為11.35%～22.19%；流體水化學(xué)類型為HCO3-Na型，總礦化度為871.2 mg/L，pH為8.55，總體來說，館陶組熱儲(chǔ)條件較好。

3）古生界奧陶系熱儲(chǔ)層。該熱儲(chǔ)層在研究區(qū)部分地區(qū)缺失，該層裂隙發(fā)育很不均勻，一般靠近凸起中心部位或?qū)當(dāng)嗔褞Ц浇严?、巖溶發(fā)育較好。揭露頂板埋深2 270～2 830 m，鉆遇厚度314～726.39 m（未穿）。流體水化學(xué)類型為HCO3-Na型，礦化度為1 000 mg/L左右。

4）古生界寒武系熱儲(chǔ)層。該熱儲(chǔ)層在研究區(qū)部分地區(qū)缺失，分布在背斜兩翼，區(qū)域發(fā)育不穩(wěn)定，在中部（背斜核部）有缺失，其余地區(qū)均有分布。揭露頂板埋深1988～2414m，揭露厚度為129～1146m。研究區(qū)目前尚無該儲(chǔ)層地?zé)峋?。流體水化學(xué)類型為HCO3·SO4·Cl-Na型，pH值為8.0左右，總礦化度1 020 mg/L，總堿度約287.0mg/L左右，總硬度為120.0mg/L左右。

5）薊縣系霧迷山組熱儲(chǔ)層。該熱儲(chǔ)層在研究區(qū)普遍分布，揭露頂板埋深為2 244～3 344 m，揭露厚度157～451m（未穿）。研究區(qū)東北部霧迷山組埋深較淺，出水溫度為101～113℃，流體水化學(xué)類型為HCO3·SO4·Cl-Na，總礦化度1 000～1 200 mg/L。研究區(qū)中部及西南部大部分地區(qū)該地層埋深普遍＞4 000 m，尚無地?zé)峋@遇該層。

綜合考慮熱儲(chǔ)層埋深，地層發(fā)育穩(wěn)定性，熱儲(chǔ)層溫度和出水量，確定新近系館陶組為寶9區(qū)塊地?zé)豳Y源開采的熱儲(chǔ)層。

1.5周邊地?zé)衢_采現(xiàn)狀

寶9區(qū)塊周邊尚無地?zé)峋?，整個(gè)研究區(qū)目前共有8眼地?zé)峋?，其中新近系明化?zhèn)組地?zé)峋?眼，館陶組地?zé)峋?眼，奧陶系地?zé)峋?眼，霧迷山組地?zé)峋?眼。

明化鎮(zhèn)組地?zé)峋饕糜跐O業(yè)養(yǎng)殖，近幾年未使用。館陶組1眼地?zé)峋饕糜诰用裣丛。_采量為22.8×104m3/a。奧陶系地?zé)峋?眼主要用于供暖及居民洗浴，尚未開采。薊縣系霧迷山組4眼地?zé)峋?，目前仍自流，自流量?0～69 m3/h；其中1眼為回灌井，由于自流未能實(shí)現(xiàn)回灌。地?zé)崃黧w主要用于建筑供暖、溫泉洗浴及旅游度假，開采量為43.3×104m3/a。井口壓力有逐年降低的趨勢，目前井口壓力在0.13～0.39MPa。

2　地?zé)崃黧w水質(zhì)分析

2.1地?zé)崃黧w的水質(zhì)分析

寶9區(qū)塊內(nèi)館陶組熱儲(chǔ)層地?zé)崃黧w總礦化度為800～1 000 mg/L，水化學(xué)類型為HCO3-Na型，pH值約8.2～8.6，按酸堿度分類為弱堿性水。

2.2地?zé)崃黧w質(zhì)量評(píng)價(jià)

寶9區(qū)塊館陶組熱儲(chǔ)地?zé)崃黧w為無腐蝕性熱流體，無硫酸垢和硅酸垢生成，可能會(huì)有輕微碳酸鈣垢或者不生成碳酸鈣結(jié)垢。但是實(shí)際使用過程中，流體與空氣接觸會(huì)改變流體性質(zhì)對(duì)管道產(chǎn)生腐蝕，所以利用時(shí)使用的管材和設(shè)備應(yīng)具有防腐性。

3　地?zé)崴疁?、水量及回灌量預(yù)測

蓋層底板溫度依據(jù)式（1）進(jìn)行推算

式中：Tg為蓋層底板溫度，℃；D1為熱儲(chǔ)層中點(diǎn)埋深，根據(jù)預(yù)測寶9區(qū)塊館陶組中點(diǎn)埋深1 500～1 625 m；Gg為蓋層平均地溫梯度，2.5～2.8℃/100 m；D2為常溫層埋深，30m；T0為常溫層溫度，13.5℃。

經(jīng)計(jì)算，寶9塊館陶組熱儲(chǔ)溫度約為50～58℃。由于地?zé)崃黧w自井筒向井口運(yùn)移過程中，因受流動(dòng)速度、流量大小、井壁阻力等諸多因素影響，使得井口水溫小于熱儲(chǔ)層流體的溫度，成井段越深、流量越小，溫度損失越大。依據(jù)經(jīng)驗(yàn)，天津地區(qū)館陶組地?zé)峋跍囟鹊陀跓醿?chǔ)層溫度約2～4℃，所以預(yù)測寶9區(qū)館陶組地?zé)峋某鏊疁囟燃s為46～56℃。

地?zé)峋款A(yù)測主要采用與同構(gòu)造單元、同熱儲(chǔ)層開采井實(shí)際出水量進(jìn)行比擬確定。依據(jù)研究區(qū)周邊館陶組熱儲(chǔ)層地?zé)峋鏊抗浪?，預(yù)測寶9區(qū)塊館陶組地?zé)峋鏊考s為60～80m3/h。

近年，與寶9區(qū)塊處在同一構(gòu)造單元的武清WQ-23B井采用射孔成井工藝，回灌工作取得了較大突破，單井穩(wěn)定回灌量達(dá)到120m3/h，回灌效果良好。但是構(gòu)造位置相同、與WQ-23B井距離較近且水文地質(zhì)條件類似的館陶組WQ-15B井，采用二開過濾器成井工藝，單井加壓最大回灌量為40 m3/h并且衰減較快，回灌效果不理想，說明射孔成井工藝對(duì)于改善館陶組地?zé)峋毓嘈Ч哂忻黠@作用。寶9區(qū)塊館陶組熱儲(chǔ)條件相對(duì)WQ-23B和WQ-15B兩井較差，可能回灌效果次于WQ-23B井。如果采用射孔成井工藝，預(yù)計(jì)寶9區(qū)館陶組地?zé)峄毓嗑毓嗄芰?0～80 m3/h，滿足《天津市地?zé)豳Y源規(guī)劃（2011-2015年）》“孔隙型熱儲(chǔ)層采灌系統(tǒng)回灌率達(dá)到60%以上”的要求。

4　地?zé)豳Y源開發(fā)利用對(duì)策

本區(qū)新近系館陶組地?zé)豳Y源豐富。要對(duì)本區(qū)地?zé)豳Y源進(jìn)行合理開發(fā)，必須控制年開采量并進(jìn)行回灌處理，防止過度開采形成較大降落漏斗[4]。根據(jù)本區(qū)具體情況，制定如下開發(fā)利用對(duì)策。

1）采用同層對(duì)井采灌方式開發(fā)，制定合理布井方案。地?zé)岵?、灌?duì)井的井底合理距離，主要取決于冷熱水的混和鋒面自回灌井向開采井的運(yùn)移時(shí)間和速度[5]。本區(qū)新近系館陶組熱儲(chǔ)層為孔隙型熱儲(chǔ)層，其地?zé)岵?、灌?duì)井井距遵循以下數(shù)學(xué)關(guān)系式

式中：D為對(duì)井井底距離，m；Q為年總回灌量，回灌量預(yù)測為60～80 m3/h，計(jì)算取平均值70 m3/h；每年采暖期（120 d)進(jìn)行回灌，即Q=70×120×24＝201 600（m3/a）；b為熱儲(chǔ)層有效厚度，取75 m；n為熱儲(chǔ)層孔隙度，取28%；t為冷熱水混和鋒面到達(dá)開采井的時(shí)間，按50a計(jì)。

由式（2）計(jì)算得知，D=801 m，即地?zé)峋木拙嚯x為801 m時(shí)，冷熱流體混和鋒面在50 a后可到達(dá)開采井，產(chǎn)生熱突破。因此為避免相互干擾或過早出現(xiàn)熱突破現(xiàn)象，地?zé)峋暮侠砭拙嚯x應(yīng)＞801m。

2）采用地?zé)衢g接供熱方式。一方面，可以避免地?zé)崃黧w對(duì)供熱系統(tǒng)的腐蝕，延長系統(tǒng)使用壽命；另一方面，可以實(shí)現(xiàn)地?zé)嵩毓?，減少地?zé)崃黧w直接排放造成的環(huán)境污染，節(jié)約排污費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)地?zé)豳Y源的可持續(xù)開發(fā)。

5　結(jié)論及建議

1）研究區(qū)位于冀中坳陷（Ⅲ級(jí)）的武清凹陷（Ⅳ級(jí)）上，新近系館陶組熱儲(chǔ)層廣泛分布，該層地?zé)崴疁馗?、水量大，滿足供熱需求，預(yù)計(jì)區(qū)塊內(nèi)館陶組熱儲(chǔ)層地?zé)峋诹黧w溫度46～56℃，出水量60～80 m3/h，地?zé)峋畣尉毓嗔繛?0～80m3/h，具有良好的開采前景。

2）采用采灌對(duì)井方式開發(fā)利用地?zé)豳Y源，井距＞801 m；開采井采用過濾器、回灌井采用射孔工藝成井；采用地?zé)衢g接供熱方式，預(yù)計(jì)可滿足6.01×104m2住宅建筑用戶的冬季供暖需求。依據(jù)“以灌定采”的原則確定實(shí)際可開采量，根據(jù)實(shí)際回灌量等動(dòng)態(tài)情況及時(shí)調(diào)整開采指標(biāo)。

[1]馬鳳如，林黎，王穎萍，等.天津地?zé)豳Y源現(xiàn)狀與可持續(xù)性開發(fā)利用問題[J].地質(zhì)調(diào)查與研究，2006，（3）：222-228.

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[4]鄭克.中國地?zé)豳Y源開發(fā)與保護(hù)[M].北京：地質(zhì)出版社，2007.

[5]劉杰，宋美鈺，田光輝.天津地?zé)豳Y源開發(fā)利用現(xiàn)狀及可持續(xù)開發(fā)利用建議[J].地質(zhì)調(diào)查與研究，2012，（1）：67-73.

□DOI編碼：10.3969/j.issn.1008-3197.2015.01.003

□P314.1

□C

□1008-3197（2015）01-07-03

□2014-11-21

□郭充/女，1989年出生，助理工程師，天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計(jì)院，從事地?zé)嵫芯抗ぷ鳌?/p>