濮阳市中原乙烯生活区地热水开采量分析

高亮，冯琳伟

（1．河南省南水北调中线工程建设管理局，河南郑州450000；2．河南省水利勘测设计研究有限公司，河南郑州450016）

濮阳市中原乙烯生活区地热水开采量分析

高亮1，冯琳伟2

（1．河南省南水北调中线工程建设管理局，河南郑州450000；2．河南省水利勘测设计研究有限公司，河南郑州450016）

积极开发利用地热能，对缓解能源压力、实现非石化能源目标、促进生态文明建设具有重要的现实意义。分析了中原乙烯生活区地热水的开发概况及该区地热水的赋存运移条件，热储层岩性、分布、埋藏条件，地热流体的补给、径流、排泄条件等，并对其地热资源进行了评价。

濮阳市；中原乙烯生活区；地热水；地热资源评价；开采量；降压试验

0 引言

地热资源是清洁环保的新型可再生能源。它可以作为热源、水源和矿物源加以利用，对发展国民经济有重要意义。濮阳市地热资源得天独厚，具有水量大、水温高、矿化度低、回灌便利的优点，是河南省综合条件最好的地热资源。积极开发利用地热能，对缓解濮阳市能源资源压力、实现非石化能源目标、促进生态文明建设，具有重要的现实意义［1］。但是，地热资源的过量开采，也会引起一系列的环境问题。因此，有必要对地热水的开采量进行分析，制订合理的开发规划，以实现地热资源可持续开发利用的目标［2］。

1 濮阳中原乙烯生活区地热水开发概况

1．1 地热井概况

中国石化中原石油化工有限责任公司中原乙烯生活区地热井位于濮阳市胜利西路南侧，地热水温为45．5℃，属温热水。该井于1997年1月8日由河南省新乡水文地质工程地质勘察院负责施工，1998年1月6日竣工，止水位置为838．00～865．20 m，开采利用第三段～第七段共5层热储层内的地热水，累计利用热储层厚度51．9 m。

1．2 地热水开采量情况

截至2014年，中原乙烯生活区地热井已经开采16年，其中2004～2014年平均开采量为271 m3／d，地热水温度在45～45．8℃之间波动。目前，该地热井为24 h不间断抽水，全部供中原乙烯生活区及乙烯宾馆洗浴使用。中原乙烯生活区内建有1个泵房、3个储水罐及相关配套设施，储水罐体积分别为100m3、 110 m3和110 m3。

1．3 地热井静水位变化情况

经过多年开采，地热井水位下降和开采量密切相关。中原乙烯生活区地热井的水位多年来一直处于下降状态，已形成降落漏斗。1998年、2004年、2014年静水位埋深分别为19．0m、32．22m、38．15m。在1998～2004年间，水位下降速率为2．20 m／a。在2004～2014年间，水位下降速率为0．59 m／a。即2004年以来，水位下降速度缓慢，逐渐趋于稳定。

2 濮阳中原乙烯生活区地质条件

2．1 热储成因

矿区所在地热田为内黄凸起地热田，西界为汤东断裂，东以黄河为界，北以磁（县）大（名）断裂为界，南界为新商断裂。地热水的形成主要受地层及地质构造影响。通过分析矿区地热水的赋存运移条件及水质特征可知，该区地热水的形成机理是西南部补给区的降水在向东北部深循环径流过程中受到盖层和热储层的正常增温传导。

2．2 热储层岩性、分布、埋藏条件

矿区开发利用的主要是1 000～1 500 m深度的新近系热储。根据中原乙烯生活区地热井钻孔揭露，矿区地层由老至新为新近系明化镇组（Nm）、第四系（Q）。

（1）新近系（N）。钻孔揭露的为明化镇组，岩性为一套棕红、棕黄色近等厚的沙、泥岩互层，厚度为900～1 200 m。下部为棕色黏土岩夹棕色细粉沙岩，中部为浅棕色黏土岩与灰白、浅棕色含砾沙岩，粗沙岩略等厚互层，上部为土黄、棕黄色黏土岩、粉沙质黏土岩和灰黄色中粗沙岩。明化镇组与下伏馆陶组呈整合接触。

（2）第四系（Q）。第四系厚300 m左右，下部为灰黄色含砾沙层，中部为褐黄色黏土层和粉沙质黏土层，上部为褐黄、灰黄色黏土层与灰色粉、细沙层组成的下粗上细的韵律层，顶部为浅褐黄色表土层。

2．3 地温梯度

内黄凸起地温梯度总体呈南高北低的特征。埋深1 000 m处，地温一般为40～50℃，南部高于北部。

该区所利用热储层为新近系明化镇组半固结粗沙岩，取水利用段为865．20～1 008．4 m。按照式（1）计算热储层的地温梯度。

式中：ΔT为地温梯度，℃／100 m；T为热储层底板温度，℃，取45．00℃；T0为恒温带温度，℃，本区为15℃；H为热储层底板深度，m，取1 008．4 m；H0为恒温带深度，m，取区域值49．5 m。

经计算，该热储层的地温梯度为3．13℃／100m，本次降压试验时测得的井口水温为45．8℃。所以，中原乙烯生活区地热井属低温地热资源，水温为40～60℃，适宜于理疗、洗浴和温室种植。

2．4 地热流体的补给、径流、排泄条件

2．4．1 地热流体的补给

通过对该区稳定同位素（18O和D）和区内外大气降水的关系分析可知，本区地热流体的主要补给来源为区外西部山区大气降水。它经远距离深循环加热后，以侧向径流补给该区。该区垂向补给作用不明显。

2．4．2 地热流体的径流

20世纪90年代以来，地下水资源的大规模开发导致深层和超深层地下水位持续下降，在濮阳市区已形成大面积的地下水水位降落漏斗，漏斗周边的深层水向漏斗流动。在漏斗以外的广大地区，地下水向东、东南径流排出区外。根据濮阳市内的4眼地热井（濮阳县北关井、乙烯生活区井、金都娱乐城井、中原油田第二招待所井）的原始静止水位（8．4 m、32．20 m、30．40 m、20．32 m）可知，地热水在该区是由西南向东北方向流动的，水力坡度约为0．652‰。

2．4．3 地热流体的排泄

目前，区内地热流体的排泄方式主要是工业和生活用水，其次为侧向径流排泄。

3 濮阳中原乙烯生活区地热资源评价

根据地热井工程概况，参照《地热资源地质勘查规范》（GB11615－2010）详查阶段（可行性勘查阶段）要求［3］，进行了地热地质调查，包括：面积5．5 km2、水井调查16点、地热井非稳定流降压试验1组和地热流体质量检测2组。通过多年动态特征观察，地热井成井以来的水位一直处于下降状态，其中，1998年1月为19．0 m，2004年4月为32．22 m，2014年1月为38．15m。水位平均下降速度为1．20m／a，已形成降落漏斗。

3．1 降压试验结果及参数

为评价中原乙烯生活区地热井的可开采量，2015年1月15日～16日进行了非稳定流定流量抽水试验，出水量为20m3／h，连续抽水1500min。抽水510min后，水位便趋于稳定，稳定时最大水位降深为39．6m，最大动水位埋深为77．75 m。降压试验及恢复试验结果如图1所示。参数计算选用承压完整井泰斯数学模型，需要取得的参数有渗透系数（K），导压系数（a），弹性释水率（μs），弹性释水系数（μe）。采用水位恢复法计算［4］，其计算结果如表1所示。

3．2 可开采量计算

图1 中原乙烯生活区地热井降压试验Q－S／t曲线Fig.1 Geothermal well depressurization test Q－S／t curve of Zhongyuan ethylene living area

表1 水文地质参数计算结果表Tab.1 Hydrogeological parameter calculation results

按式（2）所示的泰斯承压完整井公式，给定不同的开采量，求按计划开采20年后的水位降深值［5］。计算结果如表2所示。

式中：rω为抽水井半径，m，根据钻探成果取0．16；t为开采年限内单井累计抽水天数，d，取20× 365＝7 300 d；a为导压系数；T为导水系数。

表2 地热井20a后开采量、动水位埋深预测表Tab.2 Prediction of exploitation quantity and dynamic water level depth of geothermal well 20a

经计算得S＝0．158Q。考虑到水位下降和临近地热深井的开采等干扰因素，确定该地热井可开采量为18．25×104m3／a（500 m3／d、20．83 m3／h），折算热能0．775 MW（6．70×104MJ），折算标准煤为2 644 t／a。

3．3 地热流体质量评价

本次评价送检2组水样（含外检样1组），由河南省地质环境监测院实验测试中心出具饮用天然矿泉水水质测试报告表。根据《地热资源地质勘查规范》（GB11615—2010）附录E（理疗矿矿水水质标准），该地热水中氟、偏硼酸、偏硅酸的含量分别为1．52 mg／L、1．82 mg／L、31．2 mg／L，达到了医疗价值浓度。

4 结语

中国石化中原石油化工有限责任公司中原乙烯生活区属小型地热田，地热水为深层承压水，赋存于新近系上新统明化镇组河湖相沙岩孔隙裂隙中。在天然状态下，该区地下水主要接受西南部侧向径流补给。濮阳市现有中原油田停采废弃油水井约3 000口，井深一般在2 500～3 500 m之间，井下蕴藏着丰富的地热能资源，具有广阔的开发利用前景。但濮阳市地热开发还处于初级阶段，利用结构单一，90%的地热水集中于洗浴，造成较大的资源浪费。因此，应坚持地热资源综合利用的原则处理相关事宜。建议从以下几个方面加强地热管理。

（1）开展中深层地热能的梯级利用。建立中深层地热能供暖与发电、供暖与制冷等多种形式的综合利用模式，在城市能源和供热、建设和改造规划中优先利用地热能。

（2）采取间接供暖、采灌平衡等先进技术，科学开发地热资源，实现节能减排，把地热资源优势转化为发展优势。依托地热温泉资源发展休闲旅游、养老疗养产业，带动房地产业健康发展。

（3）依托中原油田大量的废弃油水井资源，拓展地热开发利用新领域，积极开展中温地热能发电项目示范，建设一批技术先进、管理规范、效果显著的地热能集中利用示范区。

［1］蒙荣国，卢家燕，樊保东，等．广西象州县地热水的开采量分析及其开采方案和建议［J］．广西科学院学报，2013，29（2）：124－127．

［2］高亮，杨德贵，王宽．中国石化中原石油化工有限责任公司中原乙烯生活区地热井地热资源开发利用方案［R］．郑州：河南省地质矿产勘查开发局第一地质环境调查院，2015．

［3］中国国家标准化管理委员会.地热资源地质勘查规范：GB／T 11615－2010［S］．北京：中国标准出版社，2010：13.

［4］冯琳伟，高亮．HEC－RAS模型在平原河道治理工程中的应用［J］．黄河水利职业技术学院学报，2015，27（1）：1－5．

［5］吴锡刚，刘同僧，何平．地热水的开发利用及存在问题研究［J］．地下水，2011，33（3）：46－47．

[责任编辑 杨明庆]

TV211.12

B

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

2017-02-09

高亮（1986-），男，河南杞县人，助理工程师，硕士，主要从事水利工程勘察设计等工作。