北京通州地区深部地热井间的影响分析

高 剑，张进平，孔祥军，袁利娟，孙振添

（北京市地热研究院，北京100143）

北京通州地区深部地热井间的影响分析

高 剑，张进平，孔祥军，袁利娟，孙振添

（北京市地热研究院，北京100143）

为了认清北京市通州地区深部地热井间是否存在相互影响，本文选取研究区内新钻凿成功地两眼地热井（京通-3井和京通-4井）进行抽水和观测试验，对京通-4井进行大流量和小流量的抽水试验，同时观测其邻近的京通-3井中的水位变化。试验结果表明，在对京通-4井进行抽水试验时，附近的京通-3井中的水位未发生明显变化，说明京通-3井没有受到抽水影响，这可能主要是由于两眼地热井距离约2km，相对较远，在对其中一眼地热井进行抽水试验时，其并不能影响到邻近相对较远的地热井中的水位变化。

深部地热水；抽水试验；水位监测；相互影响

0 引言

地热能是集热、矿、水三位一体的清洁、宝贵和可再生的矿产资源（廖忠礼等，2006），与其他清洁能源相比，地热资源具有资源量巨大、能源利用效率高、成本具有竞争性、二氧化碳减排效果明显的优势，已被世界各国作为缓解能源短缺和防治环境污染的绿色能源（刘杰等，2012），是今后经济和社会发展的首选清洁能源。近年来，对地热资源的开发和利用规模不断增大，技术逐渐成熟。但迫切需要解决的问题是深部地热资源的大规模开发和利用是否会影响区域地热资源的开发利用，这对深部地热资源的可持续开发利用尤为关键。

为了解决区域地热资源之间的开发利用是否存在相互影响，开展地热井的抽水和观测试验是解决这一问题的有效方法和手段。本文以北京市通州地区作为重点研究区，通过对选取的1眼地热井分别进行大流量和小流量抽水试验，并同时观测其邻近的另一眼地热井中的水位变化，以查明深部地热井间是否存在相互影响，确定合理的井间距，为地热资源的可持续开发和利用奠定基础。

1 地热井的选择与试验方法

1.1 地热井的选择

本次试验以北京市通州地区作为重点研究区，选取研究区内新钻凿成功的2眼地热井作为试验对象。两眼地热井的位置如图1所示，其中对京通-4地热井进行大流量和小流量两次连续抽水试验，并同时观测邻近的京通-3地热井中的水位变化。

图1 抽水井与监测井的井位分布图Fig.1 Distribution diagram of pumping and monitoring wells position

两眼地热井均位于张家湾断裂的东北侧，处于断裂上盘；东南侧发育燕郊断裂，地热井间并未有断裂发育（北京市区域地质志，1991），相距约2km远。其中，京通-3井终孔深度约为3000m，出水温度为52℃，最大出水量约为1662 m3/d；京通-4井的终孔深度约为2800m，出水温度为46℃，最大出水量为2163 m3/d，两眼井的地下热水均取自蓟县系雾迷山组热储层。

根据区域地质资料以及钻探研究成果显示，该区内地层自上而下依次发育第四系、寒武系馒头组和昌平组、青白口系景儿峪组、龙山组和下马岭组以及蓟县系铁岭组、洪水庄组和雾迷山组。横切两眼地热井自北西至南东方向（图1）的水文地质剖面图（图2）显示，该区域内主要发育了4个含水层，包括蓟县系雾迷山组、蓟县系铁岭组、青白口系龙山组和寒武系昌平组，其中青白口系龙山组为弱含水层，含水层与隔水层相间发育，蓟县系雾迷山组为该区内乃至北京地区最主要的热储层。

图2 京通-3井—京通-4井水文地质剖面Fig.2 Hydrogeologic section of Jingtong-3 and Jingtong-4

1.2 试验方法

（1）抽水试验

选取研究区内的京通-4地热井进行单井抽水试验，选择使用的潜水泵型号为TQ200QJR22-100型，即扬程为100m，出水量为80m3/h，潜水泵实际下入深度为150m。其中，自2017年4月2日至4月6日对京通-4井进行大流量单井抽水试验，出水量约为2163 m3/d，累积时间约为96小时，其中抽水时间约为72小时，热恢复时间约为24小时；自2017年4月6日至4月9日对京通-4井进行小流量单井抽水试验，出水量为968 m3/d，累积时间约为66小时，其中抽水时间约为46小时，热恢复时间约为20小时。通过对该地热井中的水位变化数据的统计，对相邻地热井之间的连通性进行初步判定。

（2）动态监测

本次动态监测工作以《地下水动态监测规程》和《水文地质手册》的规定为基础，在对京通-4地热井进行抽水试验的同时，观测并记录下京通-4井中的水位连续变化情况。还需对邻近的京通-3地热井中的水位进行连续、详细的观测。此次动态监测主要采用人工方式观测地热井中的水位变化，利用自制有标识深度的铜质测线、微安表和盒尺进行手动观测，测线长度120m，测量精度为1cm。京通-4井的观测时间为2017年4月2日至2017年4月9日，其中大流量抽水试验的观测时间约为96小时，小流量抽水试验的观测时间约66小时，京通-3井的观测时间为2017年4月2日至2017年4月12日，累积约为258小时。

2 试验结果与分析

2.1 京通-4井抽水试验时的水位变化

本次试验通过对京通-4井进行了大流量和小流量抽水试验，根据监测数据，分别绘制了京通-4井的大流量水位动态曲线分布图（图3）和小流量水位动态曲线分布图（图4）。

图3 京通-4井大流量抽水的水位动态曲线分布图Fig.3 Dynamic curves of water level of mass flow Pumping from Jingtong-4 well

图3显示，2017年4月2日13：00开始对京通-4井进行大流量抽水试验，初始水位为66.25m，随着抽水试验的进行，水位急速下降，约10分钟后，水位埋深下降至95.65m；之后水位下降速率明显降低，并趋于稳定，在99.28～102.54m范围内轻微波动。在2017年4月5日13点停止抽水，京通-4井中的水位迅速上升，逐渐恢复至初始水位，并保持稳定。

图4 京通-4井小流量抽水的水位动态曲线分布图Fig.4 Dynamic curves of water level of small flow Pumping from Jingtong-4 well

图4显示，2017年4月6日13：00开始对京通-4井进行抽水试验，初始水位为66.25m，随着抽水试验的进行，水位急速下降，约10分钟后达到最低水位，为96.41m；之后水位开始上升并逐渐趋于稳定，在87.37～89.37m范围内轻微波动。造成上述现象的主要原因是由于开始抽水时，地热井中的热水未能够得到及时的补给，造成水位快速下降；而后随着时间的推移，井中的热水开始得到补给，导致井中的水位又开始上升，当地热水得到稳定补给时，井中的水位开始趋于稳定。在2017年4月8日11点停止抽水，京通-4井中的水位迅速上升，逐渐恢复至初始水位，并保持稳定。

2.2 京通-3井的水位变化

在对京通-4井进行抽水试验的同时，本试验也对邻近的京通-3井中的水位进行了连续观测。根据监测数据，绘制了京通-3井的水位动态曲线分布图（图5）。

由图5可以看出，京通-3井的静水位在64.87～65.17m之间，波动较小，较为平稳。在对京通-4井进行大流量和小流量抽水试验前的11个小时内，该井的静水位也一直在波动，变化幅度为64.63～64.78m，变化幅度较小，而在对京通-4井进行抽水试验时，京通-3井中的静水位浮动范围为64.63～65.17m，并未因邻近的京通-4井的持续抽水试验而导致静水位大幅度下降。上述现象说明了京通-3井中的水位波动可能是由其他原因造成，与京通-4井的抽水试验可能并无多大联系。

图5 京通-3井水位动态曲线分布图Fig.5 Dynamic curves of water level from Jingtong-3 well

3 讨论

目前，北京地区有关深部热储层相互影响的研究相对匮乏，部分学者对深部地热水和浅部含水层间的水力联系做了初步探讨（吕金波等，2008；李海京等，2004；刘成龙等，2004；高剑等，2017）,不同地质条件下的深部地热和浅部含水层间的水力联系也不尽相同。本研究通过对北京市通州地区的深部地热井间的相互影响进行探讨，为地热资源的大规模开发利用提供理论依据。结果显示：在对1眼地热井进行抽水试验时，邻近的地热井中的水位未发生明显降低，说明了两眼深部地热井未产生直接的水力联系。如前所述，虽然两眼地热井的取水层位均为蓟县系雾迷山组，但因两眼井距离约为2km，相对较远。所以在对京通-4进行抽水试验时，并未影响对邻近的京通-3井中的水位变化，这可能是由于两眼地热井间的距离大于两眼地热井的影响半径之和所造成的。因而在今后地热井的开发和利用中，地热井间的间距应至少大于其影响半径之和，才不会造成区域上深部地热井间的相互影响。

4 结论

本文通过对选取的两眼地热井进行抽水和观测试验分析，主要取得以下结论：

（1）研究区内的深部地热水的热储层虽然均为蓟县系雾迷山组，但两眼深部地热井未产生直接的水力联系。

（2）由于研究区内的两眼地热井距离相对较远，大于两眼地热井的影响半径之和，因而在对其中的1眼地热井进行开发利用时，不会造成区域上深部地热井间的相互影响。

廖忠礼，张予杰，陈文彬，等，2006. 地热资源的特点和可持续开发利用[J]. 中国矿业，15(10)：8-11.

刘杰，宋美钰，田光辉，2012. 天津地热资源开发利用现状及可持续开发利用建议[J]. 地质调查与研究，35(1)：67-73.

北京市地质矿产局，1991. 北京市区域地质志[M]. 北京：地质出版社.

中华人民共和国地质矿产部，1994.《地下水动态监测规程》(DZ/T 0133-1994) [S].

中国地质调查局，2012. 水文地质手册[M]. 北京：地质出版社.

吕金波，车太用，张瑞成，等，2008. 北京北部地区深层热水开发对浅层冷水的影响[J]. 地质通报，27(3)：388-395.

李海京，唐永辉，2004. 东高地地区岩溶裂隙水与第四系水的联系分析[J]. 北京水利，(3)：47-48.

刘成龙，车太用，吕金波，2006. 京北地热田开发对地下流体动态的影响[J]. 地震地质，28(1)：142-149.

高剑，张进平，孔祥军，等，2017. 深部地热资源开采对浅层地下水的影响[J]. 北京地质，12(1)：56-58.

The Discuss on Mutual Influence from Different Deep Geothermal Wells in Tongzhou Area, Beijing

GAO Jian, ZHANG Jinping, KONG Xiangjun, YUAN Lijuan, SUN Zhentian
(Beijing Geothermal Research Institute, Beijing 100143)

In order to acquire the mutual in fluence from the different deep geothermal resources in Tongzhou area,Beijing, we chose 2 geothermal wells (Jingtong-3 well and Jingtong-4 well) drilled recently to conduct pumping and observing tests in the studying area. When the Jingtong-4 geothermal well was pumped (mass flow and small flow), meanwhile the water level of Jingtong-3 geothermal well in the near of the Jingtong-4 geothermal well was monitored. The test results showed there were no obvious descends of water level in the Jingtong-3 geothermal wells when the Jingtong-4 geothermal well was pumped, implying no obvious mutual influence from deep geothermal water in the studying area. The reason might be that there was a relative long distance between the two geothermal wells (the distance of about 2 km), greater than the sum of influencing radius between two geothermal wells. When one geothermal well was pumped, there were no obvious impacts on the variation of water level in another geothermal well.

Mutual influence; Deep geothermal resource; Pumping test; Water level monitoring

A

1007-1903（2017）04-0072-04

10.3969/j.issn.1007-1903.2017.04.014

通州某建设新区深部地热资源勘查与示范

高剑（1986- ），男，博士，工程师，主要从事水文地质、地热地质相关工作。E-mail：gaojian198611@163.com