多井降壓試驗在碳酸鹽巖熱儲水文地質參數獲取中的應用

焦海東

摘要：廣東惠州龍門縣地熱地質條件優越，探測高溫熱儲，需求高品質熱礦水是龍門縣自然資源規劃建設的迫切需求。本文以龍門縣龍田鎮江冚地熱田的ZK2孔為依托，闡明巖溶熱儲參數探測方法，為地熱資源評價以及開采方案提供科學依據。

關鍵詞：多井降壓試驗;熱儲參數;碳酸鹽巖熱儲

1.引言

淺部碳酸鹽巖熱儲巖溶發育，溶洞、溶溝、溶槽多為連通，具明顯的非均質性，因此選擇合理的方法確定熱儲層水文地質參數，對地熱資源評價、開采井井距確定和開采方案研究具有重要意義。

以往關于單井試驗方法[1-3]求取水文地質參數的研究較多，但都基于均質含水層的概化模型，綜合分析含水層非均質性的研究較少。本文以惠州市龍門縣江面碳酸鹽巖熱儲ZK2孔多井降壓試驗為例，利用不同求解方法綜合對比分析取熱儲參數的求取方法，為地熱資源規劃優化提供參考。

2.地熱儲層特征

江面地熱田熱儲層巖性主要為隱伏的石炭系下統石磴子組（C1sh）灰巖，熱儲埋藏較淺，埋深一般6.50m-39.80m，熱儲層控制厚度大于350m，控制寬度約460m，長度約850m，面積約0.39km2。其蓋層巖性為測水組（C1c）砂頁巖及第四系（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粘土、洪沖積層粘土、洪沖積層細砂和石炭系炭質頁巖、灰巖、灰巖夾頁巖。50m-127m深度巖溶發育，溶洞高度1.32m-13.94m不等，溶洞填充物多為炭質粘性土、砂、砂礫，線巖溶率為29.8%，巖溶條件屬強發育程度。

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。降壓試驗階段，取水水量穩定，水溫61.4℃-62.O℃，水溫穩定，未發生塌孔、涌砂等事故，表明該成井工藝有效降低了鉆孔成井事故發生率，具有極高的借鑒應用價值。

4.降壓試驗

4.1水文地質條件

依據鉆探資料，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（炭質頁巖）、但該隔水層不連續。ZK2點東約15m有一條寬約3m、水流方向為北西向南東流動的河渠，熱儲層上覆隔水層（炭質頁巖），降壓階段出水水溫穩定，說明冷水補給途徑較遠或冷水補給量較少，該河渠對熱儲冷水滲漏補給有限，即該河渠并非熱儲含水層的定水頭補給邊界。

4.2穩定流降壓試驗

本次對ZK2鉆孔降壓試驗進行了兩個壓降的單井降壓試驗，見表1，其s-t歷時曲線、Q-S曲線、q-s曲線見圖1。ZK2孔深128.73m，熱儲層為石炭系石磴子組（C1sh）灰巖段，熱儲層埋深：30.13m-128.73m，厚度98.6m，降壓試段深度30.29m-33.29m。最大一次壓降穩定時間在24h以上，壓力恢復至靜壓力的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定流降壓試驗

Aquifer Test軟件診斷圖判定結果顯示，補給邊界和隔水邊界效應不明顯，僅表現雙介質模型特征，因此概化為參數計算模型概化為各向同性、無限承壓含水層。

（3）Warren Root擬穩態雙孔隙流模型計算

該模型主要假設是：巖體和裂隙能被認為是相互疊加的連續介質。在降壓試驗前期，抽出的水來自裂隙系統儲存水，巖體不影響水流，在中期，流至井的水流擴大到由巖體釋放水，但是，與裂隙水壓降相比，巖體水壓降很小。在降壓試驗末期，巖體水壓降接近于裂隙水壓降，含水層的表現類似單井孔隙含水層，具有巖體和裂隙相結合的特性。

依據ZK2鉆探成果，假設江面村地熱田儲水介質可概化成一個是低滲透、原生孔隙塊連續系統，另一個是高滲透、次生孔隙連續系統，兩個系統相互作用和相互重疊，即為雙孔隙介質系統。

采用Aquifer Test軟件中Warren Root擬穩態雙孔隙流模型計算。

4.4結果與討論

不同求參方法結果具體見表2。非均質性多孔介質概化為各向同性導致承壓水非完整井單井穩定流降壓試驗計算熱儲參數偏大;承壓水非完整井多井穩定流降壓試驗計算結果充分體現ZK2孔和ZK1孔間巖溶通道連通性，但不同降壓試驗計算結果具有較大差異性，有可能小降壓試驗階段，熱礦水補給減小ZK1孔波動幅度，造成滲透系數較小;基于Warren Root擬穩態雙孔隙流模型，采用AquiferTest軟件計算熱儲參數結果具有統一性，但該模型未能很好體現巖溶裂隙與溶洞的聯通程度，因此計算結果偏小。

5.結論

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定流公式計算的熱儲參數偏離真實值，在地熱資源評價中容易夸大靜儲量。Warren Root擬穩態雙孔隙流模型結果偏小，趨于保守，適用于工程地質條件差、難以查清環境地質問題的地熱田。對于不能概化各向同性的碳酸鹽巖含水層，多井降壓試驗計算結果能反應某一方向性（主抽水井一觀測井方向）的熱儲條件，是熱儲求參的常用方法之一。

參考文獻：

[1]康鳳新，徐軍祥，張中祥.山東省地下水資源及其潛力評價[J]山東國土資源，2010，26（08）：4-6.

[2]凃洋，杜成波，李洋.裘布依公式在實際應用中的缺陷U]地下水，2008，30（05）：39-45.

[3]李培月.非穩定流抽水試驗確定越流承壓含水層水文地質參數方法對比研究[D].長安大學，2001.

[4]王明明，解偉，安永會，等.封隔注漿分層成井技術在水文地質勘查中的應用研究[J].水文地質工程地質，2019，46（01）：50-55.