多井降壓試驗(yàn)在碳酸鹽巖熱儲(chǔ)水文地質(zhì)參數(shù)獲取中的應(yīng)用

焦海東

摘要：廣東惠州龍門縣地?zé)岬刭|(zhì)條件優(yōu)越，探測(cè)高溫?zé)醿?chǔ)，需求高品質(zhì)熱礦水是龍門縣自然資源規(guī)劃建設(shè)的迫切需求。本文以龍門縣龍?zhí)镦?zhèn)江冚地?zé)崽锏腪K2孔為依托，闡明巖溶熱儲(chǔ)參數(shù)探測(cè)方法，為地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)以及開(kāi)采方案提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：多井降壓試驗(yàn);熱儲(chǔ)參數(shù);碳酸鹽巖熱儲(chǔ)

1.引言

淺部碳酸鹽巖熱儲(chǔ)巖溶發(fā)育，溶洞、溶溝、溶槽多為連通，具明顯的非均質(zhì)性，因此選擇合理的方法確定熱儲(chǔ)層水文地質(zhì)參數(shù)，對(duì)地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)、開(kāi)采井井距確定和開(kāi)采方案研究具有重要意義。

以往關(guān)于單井試驗(yàn)方法[1-3]求取水文地質(zhì)參數(shù)的研究較多，但都基于均質(zhì)含水層的概化模型，綜合分析含水層非均質(zhì)性的研究較少。本文以惠州市龍門縣江面碳酸鹽巖熱儲(chǔ)ZK2孔多井降壓試驗(yàn)為例，利用不同求解方法綜合對(duì)比分析取熱儲(chǔ)參數(shù)的求取方法，為地?zé)豳Y源規(guī)劃優(yōu)化提供參考。

2.地?zé)醿?chǔ)層特征

江面地?zé)崽餆醿?chǔ)層巖性主要為隱伏的石炭系下統(tǒng)石磴子組（C1sh）灰?guī)r，熱儲(chǔ)埋藏較淺，埋深一般6.50m-39.80m，熱儲(chǔ)層控制厚度大于350m，控制寬度約460m，長(zhǎng)度約850m，面積約0.39km2。其蓋層巖性為測(cè)水組（C1c）砂頁(yè)巖及第四系（Q）洪沖積層，厚度較小，一般6.5m- 39.80m，局部較厚，蓋層條件良好。

3.開(kāi)采井概況

3.1巖性情況

ZK2孔按從上到下揭露到的巖性主要由第四系洪沖積層粉質(zhì)粘土、洪沖積層粘土、洪沖積層細(xì)砂和石炭系炭質(zhì)頁(yè)巖、灰?guī)r、灰?guī)r夾頁(yè)巖。50m-127m深度巖溶發(fā)育，溶洞高度1.32m-13.94m不等，溶洞填充物多為炭質(zhì)粘性土、砂、砂礫，線巖溶率為29.8%，巖溶條件屬?gòu)?qiáng)發(fā)育程度。

3.2成井工藝

50m以下多為串珠狀溶洞，且溶洞相互連通。為防止抽水紊流對(duì)50m以下孔壁淘蝕作用，50m以下溶洞部位采用液氮注漿工藝[4]，并下鋼管固井，以保證成井安全。僅30.29m-33.29m試驗(yàn)段大口徑填礫，其余孔段用水泥、粘土球方法分層止水。降壓試驗(yàn)階段，取水水量穩(wěn)定，水溫61.4℃-62.O℃，水溫穩(wěn)定，未發(fā)生塌孔、涌砂等事故，表明該成井工藝有效降低了鉆孔成井事故發(fā)生率，具有極高的借鑒應(yīng)用價(jià)值。

4.降壓試驗(yàn)

4.1水文地質(zhì)條件

依據(jù)鉆探資料，石炭系巖溶溶洞裂隙含水巖組與上覆第四系松散巖類含水巖組存在一定厚度的隔水層（炭質(zhì)頁(yè)巖）、但該隔水層不連續(xù)。ZK2點(diǎn)東約15m有一條寬約3m、水流方向?yàn)楸蔽飨蚰蠔|流動(dòng)的河渠，熱儲(chǔ)層上覆隔水層（炭質(zhì)頁(yè)巖），降壓階段出水水溫穩(wěn)定，說(shuō)明冷水補(bǔ)給途徑較遠(yuǎn)或冷水補(bǔ)給量較少，該河渠對(duì)熱儲(chǔ)冷水滲漏補(bǔ)給有限，即該河渠并非熱儲(chǔ)含水層的定水頭補(bǔ)給邊界。

4.2穩(wěn)定流降壓試驗(yàn)

本次對(duì)ZK2鉆孔降壓試驗(yàn)進(jìn)行了兩個(gè)壓降的單井降壓試驗(yàn)，見(jiàn)表1，其s-t歷時(shí)曲線、Q-S曲線、q-s曲線見(jiàn)圖1。ZK2孔深128.73m，熱儲(chǔ)層為石炭系石磴子組（C1sh）灰?guī)r段，熱儲(chǔ)層埋深：30.13m-128.73m，厚度98.6m，降壓試段深度30.29m-33.29m。最大一次壓降穩(wěn)定時(shí)間在24h以上，壓力恢復(fù)至靜壓力的95%左右。

4.3求參方法與概化模型

（1）承壓水非完整井單井穩(wěn)定流降壓試驗(yàn)

Aquifer Test軟件診斷圖判定結(jié)果顯示，補(bǔ)給邊界和隔水邊界效應(yīng)不明顯，僅表現(xiàn)雙介質(zhì)模型特征，因此概化為參數(shù)計(jì)算模型概化為各向同性、無(wú)限承壓含水層。

（3）Warren Root擬穩(wěn)態(tài)雙孔隙流模型計(jì)算

該模型主要假設(shè)是：巖體和裂隙能被認(rèn)為是相互疊加的連續(xù)介質(zhì)。在降壓試驗(yàn)前期，抽出的水來(lái)自裂隙系統(tǒng)儲(chǔ)存水，巖體不影響水流，在中期，流至井的水流擴(kuò)大到由巖體釋放水，但是，與裂隙水壓降相比，巖體水壓降很小。在降壓試驗(yàn)?zāi)┢冢瑤r體水壓降接近于裂隙水壓降，含水層的表現(xiàn)類似單井孔隙含水層，具有巖體和裂隙相結(jié)合的特性。

依據(jù)ZK2鉆探成果，假設(shè)江面村地?zé)崽飪?chǔ)水介質(zhì)可概化成一個(gè)是低滲透、原生孔隙塊連續(xù)系統(tǒng)，另一個(gè)是高滲透、次生孔隙連續(xù)系統(tǒng)，兩個(gè)系統(tǒng)相互作用和相互重疊，即為雙孔隙介質(zhì)系統(tǒng)。

采用Aquifer Test軟件中Warren Root擬穩(wěn)態(tài)雙孔隙流模型計(jì)算。

4.4結(jié)果與討論

不同求參方法結(jié)果具體見(jiàn)表2。非均質(zhì)性多孔介質(zhì)概化為各向同性導(dǎo)致承壓水非完整井單井穩(wěn)定流降壓試驗(yàn)計(jì)算熱儲(chǔ)參數(shù)偏大;承壓水非完整井多井穩(wěn)定流降壓試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果充分體現(xiàn)ZK2孔和ZK1孔間巖溶通道連通性，但不同降壓試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果具有較大差異性，有可能小降壓試驗(yàn)階段，熱礦水補(bǔ)給減小ZK1孔波動(dòng)幅度，造成滲透系數(shù)較小;基于Warren Root擬穩(wěn)態(tài)雙孔隙流模型，采用AquiferTest軟件計(jì)算熱儲(chǔ)參數(shù)結(jié)果具有統(tǒng)一性，但該模型未能很好體現(xiàn)巖溶裂隙與溶洞的聯(lián)通程度，因此計(jì)算結(jié)果偏小。

5.結(jié)論

碳酸鹽巖含水層空間分布均勻性很差，采用承壓水非完整井單井穩(wěn)定流公式計(jì)算的熱儲(chǔ)參數(shù)偏離真實(shí)值，在地?zé)豳Y源評(píng)價(jià)中容易夸大靜儲(chǔ)量。Warren Root擬穩(wěn)態(tài)雙孔隙流模型結(jié)果偏小，趨于保守，適用于工程地質(zhì)條件差、難以查清環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題的地?zé)崽?。?duì)于不能概化各向同性的碳酸鹽巖含水層，多井降壓試驗(yàn)計(jì)算結(jié)果能反應(yīng)某一方向性（主抽水井一觀測(cè)井方向）的熱儲(chǔ)條件，是熱儲(chǔ)求參的常用方法之一。

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