解放南路地区雾迷山组二段热储特征分析

高新智，蔡 芸

(天津地热勘查开发设计院，天津300250)

在天津市，自上世纪八十年代起，地热资源就被广泛的应用于建筑供暖、养殖、温室种植、理疗、娱乐等各个方面，规模越来越发达，利用方式也从刚开的的简单直接利用发展到了目前多层次的梯级利用。天津位于华北平原北部，构造位置位于华北准地台之华北断坳，蕴藏着丰富的中低温地热资源，从上之下发育着五个地热资源热储层。其中，蓟县系雾迷山组就是主要的开发利用热储层。雾迷山组由下至上分为一、二、三、四四个层段，一、二段由于埋藏深，开发利用地热井十分少，具体热储状况及地热资源储存情况不明，目前几乎开采的均是三、四段热储地热资源，该热储层地热资源年开采量已经达到了近1 700万m3，占到了全市地热资源利用总量约53%。而且，地热资源的应用越来越广，开发利用规模越来越大，给我市地热资源保护和管理带来了巨大的压力。

DR1井位于天津市西青区解放南路，一方面为了给解放南路地区项目提供供暖热源;另一方面为了对雾迷山组二段热储进行勘探，为以后该热储的开发利用打下基础，DR1井设计目的层为蓟县系雾迷山组二段。最终，该井成功钻遇雾迷山组二段，完井井深3 580 m，出水量达到了119.3m3/h，出水温度为96℃，是一眼质量非常高的地热井。该眼地热井提供的地热地质、钻探、热储等方面的宝贵资料对于以后该段热储层的开发利用具有非常大的指导意义。

1 雾迷山组二段热储特征

1.1 构造特征

DR1井位于华北断坳(Ⅱ级)之Ⅲ级构造单元沧县隆起之Ⅳ级构造单元白塘口凹陷西侧，紧靠白塘口西断裂。白塘口凹陷位于沧县隆起东部，北以海河断裂、南以增福台断裂、西以白塘口西断裂、东以沧东断裂为界。白塘口凹陷内沉积较厚的第四系松散地层，缺失古近系，基岩主要由中、新元古界，上古生界和中生界组成。

白塘口凹陷内断裂构造以一系列北东向断裂，对工作区地层沉积及地温场分布起主要作用的为白塘口西断裂。该断裂走向NNE，倾向 SEE，倾角45°左右，正断层。西盘为上升盘，造成断裂西侧大部分地区都存在地层缺失，特别是紧靠断裂部分地区古近系至青白口系均缺失;东盘为下降盘，中生界比较发育，沉积厚度较大。白塘口西断裂为盖层断裂，是燕山－－－喜马拉雅旋回产物，并大都受壳断裂的影响，有一定的继承性。但在拉张机制下有一定的新生性，主要表现为张性正断层的活动特征，特别是在喜马拉雅期，因此断裂在第三系中表现得特别明显，并多显生长断层的性质(见图1)。

图1 区域构造图

1.2 雾迷山组二段热储层特征

该段地层岩性以浅灰、深灰、灰色白云岩、硅质白云岩为主，结构致密，坚硬、性脆，细粒结晶。上部有白云岩与泥质白云岩不等厚互层，也见少量棕红色泥质白云岩。下部为暗色白云岩为主，自下而上呈细～粗～细反旋回沉积特征。DR1井钻遇二段地层厚527 m，岩性以灰白色、白色，少量浅灰褐色、透明状白云岩、硅质白云岩为主，隐晶质结构，呈厚层状、巨厚层状;岩层裂隙发育，在钻至3 018 m，发生重大漏失，岩屑完全不能上返。电性特征整体表现为高电阻率，上部电阻起伏大，下部相对较为平缓。

1.3 水文地质特征

DR1井完井后进行了综合测井以及标准测井工作，测井显示，该井钻遇雾迷山组孔隙度为0.74% ～7.45%，渗透率为0.10 ～1.86 μm2，富水性好。共有含水层 15组，其中一类裂隙37.1 m，二类裂隙30.8 m，有效取水层 67.9 m，占目的层厚度为12.88%。

DR1井完井后进行了三次不同降深的稳定流降压试验，试验开始时井口温度不是恒定不变的，而是随着时间的延续不断升高，而水的密度与温度的变化成反比，造成观测水位不能真实地反映地热井实际水位(热储压力)的变化。此时，尽管地热井内水位上升或保持不变，但热储压力却下降，这种现象称之为“井筒效应”，因此，在资料整理过程中，需要进行温度统一校正，消除井筒效应。DR1降压试验时最大井口流温为96℃，以此作为统一温度对试验观测数据进行校正，根据校正后的动水位，绘制了其降压试验历时曲线图(见图2)。

降压历时曲线完整的反应了降压试验的整个过程，在定流量抽水情况下，刚开始抽水时，热储水位下降较快，但是随着试验的继续，由于补给充足，热储水位很快就达到了平衡。那是因为蓟县系雾迷山组为基岩岩溶裂隙类型热储，在进行抽水试验过程中，抽水量以消耗径流补给量为主，动水位在较短的时间内便达到了平衡。所以在计算水文地质参数时也选取裘布依及溪哈尔特公式。

图2 DR1井降压试验历时曲线图

降压试验前测得的静水位埋深为108 m，抽水前测得的静水位埋深是地热井未开采前保持的稳定状态下的初始水位，即水柱温度自上而下逐渐增高时的水位埋深，这不能代表抽水状态下的静水位埋深，须修正成抽水时井筒内上下形成统一热力场时的静水位埋深，才能与观测的水位埋深、水量、水温相匹配进行参数计算。通过Q=F(h)曲线图得到该井修正后热水静水位为72.63 m，修正温度为96℃。利用修正后的热水静水位即可计算出各个落程试验稳定时的降深值，从而计算出单位涌水量值。

表1 水文地质参数计算表

从物探测井及降压试验结果分析，研究区雾迷山组二段热储裂隙发育，赋水性好，是一个可持续开发利用的热储层。

2 地热流体水化学特征

DR1井完井后对该井地热流体进行了取样，并及时送至专业部门进行了水质分析，地热流体样各化学组分含量见表1，并且本文作者收集了研究区附近雾迷山组三、四段混采地热井及雾迷山组二、三段混采地热井地热流体水质资料，对比取水段为雾迷山组二段地热井地热流体水质分析报告，对它们之间的水化学特征、相关性进行了探究(见图3和图4)。

表2 二段地热井地热流体样化学组分含量表

图3 DR1井地热流体水质stiff图

DR1井雾迷山组二段地热流体矿化度在2 052 mg/L左右，HX－31矿化度相对较低，为1 860.6 mg/L(见表2)，可能是该井位于白塘口西断裂西侧上升盘，地层缺失，雾迷山组埋深相对较浅，地层溶虑作用相对较小。阳离子以Na+为主，占全部阳离子摩尔百分比达到了79.5%;阴离子以 Cl－为主，占全部阴离子摩尔百分比也达到了52.5%，但是SO42－和HCO3－含量亦较大，地热流体水化学类型以 Cl·SO4－Na和 Cl·HCO3－Na型为主。

图4 地热流体水质三线图

表3 雾迷山组地热井地热流体主要化学组分含量表mg/L

雾迷山组三四段地热井地热流体矿化度在1 900 mg/L左右，阳离子以 Na+为主，阴离子以 Cl－为主，SO42－和HCO3－含量亦较大，地热流体水化学类型以Cl·SO4－Na和Cl·HCO3－Na型为主。

雾迷山组二、三段混采地热井地热流体矿化度也2 000 mg/L左右，阳离子以Na+为主，阴离子以Cl－为主，各离子含量比例与二段以及三、四段热储地热流体情况类似;另外，测井曲线显示，二段和三段过度段地层泥质含量较低，岩性以大段白云岩为主。这说明雾迷山组各段地层之间连通性较好，没有明显的隔水层段。

3 雾迷山组地热流体水质评价

3.1 雾迷山组地热流体水质评价

DR1井雾迷山组地热流体中含有大量的微量元素，F－含量为10 mg/L，达到了氟水命名标准;但是氟离子、钠离子、铁、锰、氯化物等超过了生活饮用水标准，不适合直接作为生活饮用水，但经过处理可以作为矿泉水;该井地热流体温度较高，F－含量亦超标准，不适合直接作为渔业用水及农业用水，需要调节温度、除氟或与低氟水混用，并配备增氧设备后，才能加以利用。

3.2 雾迷山组地热流体腐蚀、结垢性评价

地热流体温度较高，含有多种腐蚀性化学组分，往往对地热利用设备和管材产生不同程度的腐蚀、破坏作用，而地热流体腐蚀性可以利用拉申指数加以判断，根据DR1井地热流体水质分析结果计算分析，该井地热流体拉伸指数(LI)为4.13，为强腐蚀性水。

而地热流体结垢性主要指流体中一些溶解度较小组分在周围环境发生变化，达到过饱和析出，附着于系统内表面形成垢层，从而增大流体阻力，降低热利用效率。一般在地热利用系统中，根据垢的主要化学成分可将其分为碳酸钙垢、硫酸钙垢和硅酸盐垢三类。根据判定标准DR1井地热流体不具有生成碳酸钙垢、硫酸钙垢和硅酸盐垢的趋势。

4 结语

雾迷山组二段热储发育稳定，裂隙发育，赋水性好，是具有较大开发利用前景地热资源热储层，该热储层的开发利用可以有效的缓解目前我市基岩热储地热资源的开发压力，也能在很大程度上解决城市居民建筑的供暖热源问题，并且也能为我市节能减排工程的持续和进一步开展做出贡献。

雾迷山组二段热储地热流体水化学类型以Cl·SO4－Na和Cl·HCO3－Na型为主，矿化度在2 000 mg/L左右，虽然具有一定的腐蚀性，但是没有生成碳酸钙垢、硫酸钙垢和硅酸盐垢的趋势，整体来说水质情况较好，也是有利于该热储地热资源的多方面利用。本文作者在DR1井钻探工程的基础上，结合大量的物探、水化学、地热地址资料，初步探究了研究区雾迷山组二段热储层的地质、水化学特征，分析了该热储地热流体水质情况，希望能为以后该雾迷山组二段热储的开发利用起到作用。

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