江汉油田矿区广华寺组地热资源评价

孙彭光 汪新伟 隋少强 毛 翔 祁久红 朱咸涛

(1.中国石化集团新星石油公司新能源研究院， 郑州 450000； 2.中国石化江汉油田分公司荆州采油厂， 湖北 荆州 434100)

合理开发和利用地热资源，有助于缓解区域能源供应压力，有利于保护生态环境。对地热资源的合理开发，首先需要科学评价地热储量及其分布规律。江汉油田矿区所属的江汉盆地潜江凹陷王(场)广(华)浩(口)断裂带，地热资源丰富[1-3]。本次研究，主要通过分析潜江凹陷广华寺组热储层结构、地热地质特征，获取砂岩厚度、孔隙度、热储温度等评价参数，然后运用热储法计算评价广华寺组的地热资源。

1 区域构造特征

潜江凹陷位于江汉盆地中部，凹陷面积2 550 km2。其北部以潜北控凹断层为界，分别与荆门、汉水凹陷及乐乡关断垒、永隆河隆起相邻；其南部以通海口断层分界，与通海口凸起相接；东西两侧分别与岳口低凸起和丫角新沟低凸起相接。新生代以来，潜江凹陷经历了裂陷期、断陷期、拗陷期等不同的构造演化阶段[4]，形成了巨厚的碎屑岩沉积。江汉油田矿区位于江汉盆地潜江凹陷北部的王广断裂带。新近系坳陷期，广华寺组构造相对简单，整体比较平坦，断层不发育。古近纪末期，潜江凹陷整体进入断拗转化期，凹陷北部控凹边界断层基本停止活动，在凹陷内部沉积层中发育了大量浅层断层，使凹陷内部的沉降中心发生分散，断陷鼎盛时期凸洼相间的构造格局被破坏，地势相对平坦。

2 矿区的地热地质特征

江汉盆地潜江凹陷在第三系基底上发育了巨厚的新生界沉积，凹陷内砂岩热储分布广泛，新沟嘴组(Ex)、荆沙组(Ej)、潜江组(Eq)、荆河镇组(Ejh)和广华寺组(Ng)的砂岩热储，都赋存丰富的热卤水资源。盐湖盆地深层地下热水矿化度高，受断层切割的断块限制，热水径流范围小、产水量小，地热开发利用存在诸多不利因素。本次研究，主要对埋藏浅、水量大、矿化度低的新近系广华寺组的地热资源进行精细评价。

2.1 广华寺组的热储特征

根据精细构造解释，新近系广华寺组在三维地震工区范围内构造形态上呈现东西两个局部高点，油田矿区位于两个局部高点中间的构造低洼带，容易获得东西两侧地下热水的径流补给。

新近系广华寺组是盆地坳陷期发育的一套河流相-洪泛平原相碎屑岩沉积地层，岩性是以灰黄色为主体的成岩度较差的杂色黏土岩、砂岩和砂砾岩互层。储层上部和下部岩石颗粒较细，中部颗粒较粗，发育平行层理、槽状交错层理等；河道主体砂体、河道边缘砂体是地下热水主要储集层。广华寺组沉积厚度500～900 m，埋深100～1 000 m。依据岩心、录井、测井、地震资料，根据基准面沉积旋回，将广华寺组划分为广三段、广二段和广一段。广二段埋深在450～900 m，主要发育4套河道砂体，砂体有效厚度在150～200 m(见图1)；多为高孔高渗储层，孔隙度为24.9%～43.8%，渗透率为(295～21 050)×10-3μm2。广二段砂体埋藏浅、孔渗性好、有效盖层厚，是理想的热储层。广三段以曲流河沉积为主，泛滥平原相泥岩发育，砂体分布连续性差，不能成为有效热储层。

在矿区范围内，开展广华寺组精细地层对比。广二段砂岩发育层厚度在150 m以上，广三段砂岩层厚在30 m左右。根据研究区的钻探、物探资料及矿区内的42口地热井和油井测井数据，对比分析广华寺组砂岩，建立了研究区三维地质结构模型和广华寺组的岩性剖面。

根据矿区常规地震属性分析，利用地震谱分解及吸收系数计算技术，开展叠后砂泥岩薄储层流体识别研究。瞬时谱时频分析表明，运用匹配追踪算法分辨率精度更高，在水井井点处含水砂岩储层位于波谷中，高频衰减-低频增加现象突出。在联络测线原始地震和衰减梯(高频和低频)叠加图中可以看出，广二段底部含水砂岩储层物性好、富水性强，热储层具有埋藏浅、分布面积较广、热储厚度稳定的特点(见图2)。

图2 联络测线858原始地震和衰减梯(高频)叠后流体识别图

运用地震沉积演化方法，可以得出广华寺组的物源来自西北方向的荆门凹陷和汉水凹陷，向东南发育辫状河道砂岩沉积。广华寺组砂体受构造和沉积控制明显，从残留地层厚度来看，东部的王场高陡构造控制了砂体沉积。

通过频谱分解与吸收衰减属性分析，优选出5种储层敏感参数(高频衰减梯度、低频衰减梯度、瞬时峰值振幅、振幅差值、振幅衰减截距)，能较好地刻画储层平面展布特征，各种属性指示的多个潜力目标均较一致，获得的含水情况与工区东部实钻地热井情况吻合。广华寺组砂体受古地貌及凸起区与凹陷区差异的影响，洼陷区砂岩沉积较厚，表现为振幅较强；边缘凸起区较薄，表现为振幅较弱。

2.2 地温场特征

利用江汉盆地油气勘探过程中取得的地层测试、试油测温等数据，计算各测温井点地温梯度。江汉盆地区域热流值在41.9～66.4 MWm2，平均值为53.2 MWm2，略低于我国大陆地区的平均地热流(61 MWm2)[5]。潜江凹陷的地温梯度在2.8～3.9 ℃hm，平均为3.36 ℃hm，其地温场具有垂向分带、平面分区的特征。矿区内的新沟嘴组和潜江组是由1 000 m以上厚度的盐岩、膏岩、软泥岩等含盐岩石组成的地层。岩石导热率较高，使得地层地温梯度会发生较大的变化。矿区内的盐构造是导致区域高地温异常的重要因素。新生代粗屑砂层和泥岩交互叠置的沉积构造，为地下热水的储集和积热保温提供了良好的地质环境。江汉盆地的恒温带深度为26 m，温度是21 ℃。由此估算，广华寺组主力层广二段的温度为35 ℃左右。

2.3 地下水特征

根据测试数据，新近系广三段地热水属于Cl-Ca型地下热水，其矿化度为2.1～2.4 gL，pH为6.8～7.4；广二段地热水属于SO4-Na型，其矿化度为0.7～1.0 gL，pH为8.0～8.2，属中性偏弱碱性水。广二段的地层流体矿化度明显低于广三段，说明广二段储层可能存在江汉平原西北部山区的地下水径流补给和大气水渗入；广三段可能受断裂系统影响，沟通了下部潜江组地层，以盆地沉积埋藏水为主，存在少量地上径流或大气水渗入。江汉盆地北部有大洪山，古长江与汉江水系贯穿整个江汉盆地，地表有长湖和洪湖。综合分析认为，广华寺组地下水补给来自3个方面：北部大洪山区的大气降水、古长江与汉江水系通道和地表湖泊径流。

2.4 盖层特征

研究区的盖层主要为第四系松散沉积物。新近系热储层之上的第四系地层，岩性多为黏性土和砂性土，结构松散，孔隙度大，密度小，导热性能差，是理想的盖层。

3 地热资源量计算

3.1 地热储量

热储体积法计算公式：

(1)

式中：QR—— 地热资源总量，J；

A—— 计算区热储面积，m2；

H—— 热储厚度，m；

Tr—— 热储温度，℃；

Tj—— 基准温度，℃；

矿区热储面积(A)取值49.87 km2，广华寺组的热储厚度(H)取值117 m。根据多年的地温监测资料确定，江汉矿区恒温带深度为25 m，基准温度(Tj)取值14.9 ℃，广华寺组热储水温(Tr)为33 ℃左右。

(2)

式中：ρc—— 热储层岩石的密度，kgm3；

ρw—— 热储层水的密度，kgm3；

Cc—— 热储层岩石的比热容，J(kg·℃)；

Cw—— 热储层水的比热容，J(kg·℃)；

φ—— 热储层平均孔隙度，%。

新近系砂岩的密度(ρc)取值为2 600 kgm3，地热水的密度(ρw)取值为972.7 kgm3；砂岩的比热容(Cc)取值为878 J(kg·℃)；地热水的比热容(Cw)取值为4 185.4 J(kg·℃)，广华寺组砂岩平均孔隙度(φ)取值为36.5%。

计算结果，潜江凹陷广华寺组地热储量为75.77×106GJ，约合2.68×108t标准煤，地热资源开发潜力巨大。

3.2 可开采量

地热资源可开采量的计算公式：

Q可采=RE·QR

(3)

式中：Q可采—— 可回收地热资源量(从井口得到的热量)，J；

RE—— 热能回收率，%。

计算结果，潜江凹陷广华寺组的地热资源可开采量为18.94×106GJ，约合0.67×108t标准煤。

4 结 语

潜江凹陷广华寺组热储层，以辫状河沉积砂体为主。受古地貌影响，广华寺组砂岩沉积具有洼陷区较厚、边缘凸起区较薄的特点。王场高陡背斜构造附近的热储地温梯度较高，低洼区地温梯度较低。利用三维地质模型刻画广华寺组辫状河砂体储层，运用热储法计算地热储量，得到矿区广华寺组地热资源量为75.77×106GJ，相当于2.68×108t标准煤；可采地热资源量为18.94×106GJ，相当于0.67×108t标准煤。