濮陽市中原乙烯生活區(qū)地?zé)崴_采量分析

高亮，馮琳偉

（1．河南省南水北調(diào)中線工程建設(shè)管理局，河南鄭州450000；2．河南省水利勘測設(shè)計研究有限公司，河南鄭州450016）

濮陽市中原乙烯生活區(qū)地?zé)崴_采量分析

高亮1，馮琳偉2

（1．河南省南水北調(diào)中線工程建設(shè)管理局，河南鄭州450000；2．河南省水利勘測設(shè)計研究有限公司，河南鄭州450016）

積極開發(fā)利用地?zé)崮?，對緩解能源壓力、實現(xiàn)非石化能源目標(biāo)、促進生態(tài)文明建設(shè)具有重要的現(xiàn)實意義。分析了中原乙烯生活區(qū)地?zé)崴拈_發(fā)概況及該區(qū)地?zé)崴馁x存運移條件，熱儲層巖性、分布、埋藏條件，地?zé)崃黧w的補給、徑流、排泄條件等，并對其地?zé)豳Y源進行了評價。

濮陽市；中原乙烯生活區(qū)；地?zé)崴坏責(zé)豳Y源評價；開采量；降壓試驗

0 引言

地?zé)豳Y源是清潔環(huán)保的新型可再生能源。它可以作為熱源、水源和礦物源加以利用，對發(fā)展國民經(jīng)濟有重要意義。濮陽市地?zé)豳Y源得天獨厚，具有水量大、水溫高、礦化度低、回灌便利的優(yōu)點，是河南省綜合條件最好的地?zé)豳Y源。積極開發(fā)利用地?zé)崮?，對緩解濮陽市能源資源壓力、實現(xiàn)非石化能源目標(biāo)、促進生態(tài)文明建設(shè)，具有重要的現(xiàn)實意義［1］。但是，地?zé)豳Y源的過量開采，也會引起一系列的環(huán)境問題。因此，有必要對地?zé)崴拈_采量進行分析，制訂合理的開發(fā)規(guī)劃，以實現(xiàn)地?zé)豳Y源可持續(xù)開發(fā)利用的目標(biāo)［2］。

1 濮陽中原乙烯生活區(qū)地?zé)崴_發(fā)概況

1．1 地?zé)峋艣r

中國石化中原石油化工有限責(zé)任公司中原乙烯生活區(qū)地?zé)峋挥阱ш柺袆倮髀纺蟼?cè)，地?zé)崴疁貫?5．5℃，屬溫?zé)崴?。該井?997年1月8日由河南省新鄉(xiāng)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘察院負責(zé)施工，1998年1月6日竣工，止水位置為838．00～865．20 m，開采利用第三段～第七段共5層熱儲層內(nèi)的地?zé)崴?，累計利用熱儲層厚?1．9 m。

1．2 地?zé)崴_采量情況

截至2014年，中原乙烯生活區(qū)地?zé)峋呀?jīng)開采16年，其中2004～2014年平均開采量為271 m3／d，地?zé)崴疁囟仍?5～45．8℃之間波動。目前，該地?zé)峋疄?4 h不間斷抽水，全部供中原乙烯生活區(qū)及乙烯賓館洗浴使用。中原乙烯生活區(qū)內(nèi)建有1個泵房、3個儲水罐及相關(guān)配套設(shè)施，儲水罐體積分別為100m3、 110 m3和110 m3。

1．3 地?zé)峋o水位變化情況

經(jīng)過多年開采，地?zé)峋幌陆岛烷_采量密切相關(guān)。中原乙烯生活區(qū)地?zé)峋乃欢嗄陙硪恢碧幱谙陆禒顟B(tài)，已形成降落漏斗。1998年、2004年、2014年靜水位埋深分別為19．0m、32．22m、38．15m。在1998～2004年間，水位下降速率為2．20 m／a。在2004～2014年間，水位下降速率為0．59 m／a。即2004年以來，水位下降速度緩慢，逐漸趨于穩(wěn)定。

2 濮陽中原乙烯生活區(qū)地質(zhì)條件

2．1 熱儲成因

礦區(qū)所在地?zé)崽餅閮?nèi)黃凸起地?zé)崽铮鹘鐬闇珫|斷裂，東以黃河為界，北以磁（縣）大（名）斷裂為界，南界為新商斷裂。地?zé)崴男纬芍饕艿貙蛹暗刭|(zhì)構(gòu)造影響。通過分析礦區(qū)地?zé)崴馁x存運移條件及水質(zhì)特征可知，該區(qū)地?zé)崴男纬蓹C理是西南部補給區(qū)的降水在向東北部深循環(huán)徑流過程中受到蓋層和熱儲層的正常增溫傳導(dǎo)。

2．2 熱儲層巖性、分布、埋藏條件

礦區(qū)開發(fā)利用的主要是1 000～1 500 m深度的新近系熱儲。根據(jù)中原乙烯生活區(qū)地?zé)峋@孔揭露，礦區(qū)地層由老至新為新近系明化鎮(zhèn)組（Nm）、第四系（Q）。

（1）新近系（N）。鉆孔揭露的為明化鎮(zhèn)組，巖性為一套棕紅、棕黃色近等厚的沙、泥巖互層，厚度為900～1 200 m。下部為棕色黏土巖夾棕色細粉沙巖，中部為淺棕色黏土巖與灰白、淺棕色含礫沙巖，粗沙巖略等厚互層，上部為土黃、棕黃色黏土巖、粉沙質(zhì)黏土巖和灰黃色中粗沙巖。明化鎮(zhèn)組與下伏館陶組呈整合接觸。

（2）第四系（Q）。第四系厚300 m左右，下部為灰黃色含礫沙層，中部為褐黃色黏土層和粉沙質(zhì)黏土層，上部為褐黃、灰黃色黏土層與灰色粉、細沙層組成的下粗上細的韻律層，頂部為淺褐黃色表土層。

2．3 地溫梯度

內(nèi)黃凸起地溫梯度總體呈南高北低的特征。埋深1 000 m處，地溫一般為40～50℃，南部高于北部。

該區(qū)所利用熱儲層為新近系明化鎮(zhèn)組半固結(jié)粗沙巖，取水利用段為865．20～1 008．4 m。按照式（1）計算熱儲層的地溫梯度。

式中：ΔT為地溫梯度，℃／100 m；T為熱儲層底板溫度，℃，取45．00℃；T0為恒溫帶溫度，℃，本區(qū)為15℃；H為熱儲層底板深度，m，取1 008．4 m；H0為恒溫帶深度，m，取區(qū)域值49．5 m。

經(jīng)計算，該熱儲層的地溫梯度為3．13℃／100m，本次降壓試驗時測得的井口水溫為45．8℃。所以，中原乙烯生活區(qū)地?zé)峋畬俚蜏氐責(zé)豳Y源，水溫為40～60℃，適宜于理療、洗浴和溫室種植。

2．4 地?zé)崃黧w的補給、徑流、排泄條件

2．4．1 地?zé)崃黧w的補給

通過對該區(qū)穩(wěn)定同位素（18O和D）和區(qū)內(nèi)外大氣降水的關(guān)系分析可知，本區(qū)地?zé)崃黧w的主要補給來源為區(qū)外西部山區(qū)大氣降水。它經(jīng)遠距離深循環(huán)加熱后，以側(cè)向徑流補給該區(qū)。該區(qū)垂向補給作用不明顯。

2．4．2 地?zé)崃黧w的徑流

20世紀(jì)90年代以來，地下水資源的大規(guī)模開發(fā)導(dǎo)致深層和超深層地下水位持續(xù)下降，在濮陽市區(qū)已形成大面積的地下水水位降落漏斗，漏斗周邊的深層水向漏斗流動。在漏斗以外的廣大地區(qū)，地下水向東、東南徑流排出區(qū)外。根據(jù)濮陽市內(nèi)的4眼地?zé)峋ㄥш柨h北關(guān)井、乙烯生活區(qū)井、金都娛樂城井、中原油田第二招待所井）的原始靜止水位（8．4 m、32．20 m、30．40 m、20．32 m）可知，地?zé)崴谠搮^(qū)是由西南向東北方向流動的，水力坡度約為0．652‰。

2．4．3 地?zé)崃黧w的排泄

目前，區(qū)內(nèi)地?zé)崃黧w的排泄方式主要是工業(yè)和生活用水，其次為側(cè)向徑流排泄。

3 濮陽中原乙烯生活區(qū)地?zé)豳Y源評價

根據(jù)地?zé)峋こ谈艣r，參照《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》（GB11615－2010）詳查階段（可行性勘查階段）要求［3］，進行了地?zé)岬刭|(zhì)調(diào)查，包括：面積5．5 km2、水井調(diào)查16點、地?zé)峋欠€(wěn)定流降壓試驗1組和地?zé)崃黧w質(zhì)量檢測2組。通過多年動態(tài)特征觀察，地?zé)峋删詠淼乃灰恢碧幱谙陆禒顟B(tài)，其中，1998年1月為19．0 m，2004年4月為32．22 m，2014年1月為38．15m。水位平均下降速度為1．20m／a，已形成降落漏斗。

3．1 降壓試驗結(jié)果及參數(shù)

為評價中原乙烯生活區(qū)地?zé)峋目砷_采量，2015年1月15日～16日進行了非穩(wěn)定流定流量抽水試驗，出水量為20m3／h，連續(xù)抽水1500min。抽水510min后，水位便趨于穩(wěn)定，穩(wěn)定時最大水位降深為39．6m，最大動水位埋深為77．75 m。降壓試驗及恢復(fù)試驗結(jié)果如圖1所示。參數(shù)計算選用承壓完整井泰斯數(shù)學(xué)模型，需要取得的參數(shù)有滲透系數(shù)（K），導(dǎo)壓系數(shù)（a），彈性釋水率（μs），彈性釋水系數(shù)（μe）。采用水位恢復(fù)法計算［4］，其計算結(jié)果如表1所示。

3．2 可開采量計算

圖1 中原乙烯生活區(qū)地?zé)峋祲涸囼濹－S／t曲線Fig.1 Geothermal well depressurization test Q－S／t curve of Zhongyuan ethylene living area

表1 水文地質(zhì)參數(shù)計算結(jié)果表Tab.1 Hydrogeological parameter calculation results

按式（2）所示的泰斯承壓完整井公式，給定不同的開采量，求按計劃開采20年后的水位降深值［5］。計算結(jié)果如表2所示。

式中：rω為抽水井半徑，m，根據(jù)鉆探成果取0．16；t為開采年限內(nèi)單井累計抽水天數(shù)，d，取20× 365＝7 300 d；a為導(dǎo)壓系數(shù)；T為導(dǎo)水系數(shù)。

表2 地?zé)峋?0a后開采量、動水位埋深預(yù)測表Tab.2 Prediction of exploitation quantity and dynamic water level depth of geothermal well 20a

經(jīng)計算得S＝0．158Q?？紤]到水位下降和臨近地?zé)嵘罹拈_采等干擾因素，確定該地?zé)峋砷_采量為18．25×104m3／a（500 m3／d、20．83 m3／h），折算熱能0．775 MW（6．70×104MJ），折算標(biāo)準(zhǔn)煤為2 644 t／a。

3．3 地?zé)崃黧w質(zhì)量評價

本次評價送檢2組水樣（含外檢樣1組），由河南省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院實驗測試中心出具飲用天然礦泉水水質(zhì)測試報告表。根據(jù)《地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范》（GB11615—2010）附錄E（理療礦礦水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)），該地?zé)崴蟹⑵鹚?、偏硅酸的含量分別為1．52 mg／L、1．82 mg／L、31．2 mg／L，達到了醫(yī)療價值濃度。

4 結(jié)語

中國石化中原石油化工有限責(zé)任公司中原乙烯生活區(qū)屬小型地?zé)崽铮責(zé)崴疄樯顚映袎核?，賦存于新近系上新統(tǒng)明化鎮(zhèn)組河湖相沙巖孔隙裂隙中。在天然狀態(tài)下，該區(qū)地下水主要接受西南部側(cè)向徑流補給。濮陽市現(xiàn)有中原油田停采廢棄油水井約3 000口，井深一般在2 500～3 500 m之間，井下蘊藏著豐富的地?zé)崮苜Y源，具有廣闊的開發(fā)利用前景。但濮陽市地?zé)衢_發(fā)還處于初級階段，利用結(jié)構(gòu)單一，90%的地?zé)崴杏谙丛?，造成較大的資源浪費。因此，應(yīng)堅持地?zé)豳Y源綜合利用的原則處理相關(guān)事宜。建議從以下幾個方面加強地?zé)峁芾怼?/p>

（1）開展中深層地?zé)崮艿奶菁壚谩＝⒅猩顚拥責(zé)崮芄┡c發(fā)電、供暖與制冷等多種形式的綜合利用模式，在城市能源和供熱、建設(shè)和改造規(guī)劃中優(yōu)先利用地?zé)崮堋?/p>

（2）采取間接供暖、采灌平衡等先進技術(shù)，科學(xué)開發(fā)地?zé)豳Y源，實現(xiàn)節(jié)能減排，把地?zé)豳Y源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為發(fā)展優(yōu)勢。依托地?zé)釡厝Y源發(fā)展休閑旅游、養(yǎng)老療養(yǎng)產(chǎn)業(yè)，帶動房地產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。

（3）依托中原油田大量的廢棄油水井資源，拓展地?zé)衢_發(fā)利用新領(lǐng)域，積極開展中溫地?zé)崮馨l(fā)電項目示范，建設(shè)一批技術(shù)先進、管理規(guī)范、效果顯著的地?zé)崮芗欣檬痉秴^(qū)。

［1］蒙榮國，盧家燕，樊保東，等．廣西象州縣地?zé)崴拈_采量分析及其開采方案和建議［J］．廣西科學(xué)院學(xué)報，2013，29（2）：124－127．

［2］高亮，楊德貴，王寬．中國石化中原石油化工有限責(zé)任公司中原乙烯生活區(qū)地?zé)峋責(zé)豳Y源開發(fā)利用方案［R］．鄭州：河南省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第一地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院，2015．

［3］中國國家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會.地?zé)豳Y源地質(zhì)勘查規(guī)范：GB／T 11615－2010［S］．北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2010：13.

［4］馮琳偉，高亮．HEC－RAS模型在平原河道治理工程中的應(yīng)用［J］．黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2015，27（1）：1－5．

［5］吳錫剛，劉同僧，何平．地?zé)崴拈_發(fā)利用及存在問題研究［J］．地下水，2011，33（3）：46－47．

[責(zé)任編輯 楊明慶]

TV211.12

B

10．13681／j．cnki．cn41－1282／tv．2017．03．003

2017-02-09

高亮（1986-），男，河南杞縣人，助理工程師，碩士，主要從事水利工程勘察設(shè)計等工作。