油田水文地質勘探和地熱工程設計

張志剛

（大慶油田水務公司海拉爾分公司，黑龍江大慶163000）

通常情況下，油田地區的地熱資源含量非常豐富，如果可以將這些寶貴的地熱能源合理有效的利用起來，可以讓我國目前碳的排放量大幅降低，有益于我國大氣環境的改善。此外，在地熱項目工程進行建設和施工時，可以將現有廢棄的礦井有效的利用起來，從而大大減少了工程施工的成本費用。可是，因為油田所具有的水文地質特征，會嚴重影響地熱建設工程的實際施工，因此，在進行工程設計及建設施工時，會對油田地區的地質水文情況進行勘探，以確保地熱建設工程可以順利進行。

1 油田地質水文勘探

在油田地熱建設工程當中，對地質水文進行勘探是為了進一步確定油田區域范圍是不是富含熱源，一般情況下，根據地表具體的資源體現，可以辨別地下是否存有熱源，其中最具代表性的是溫泉，因此，在地質水文勘探過程中，探究的一個重要內容就是查看附近溫泉的具體分布情況。通常在對地質水文進行勘探的過程中，首先，要對油田區域內地質狀況開展調查，同時根據勘探結果繪制出勘探情況地圖，并根據油田地區范圍確定制圖比例尺，一般常用的比例尺是（1∶1000）～（1∶10000）。其次，在勘探中需要完成對水文的取樣及測試，在這個過程中，要保證測試儀器符合精準度的標準要求，標準誤差規定在0.1℃以下。最后，在勘探中普遍采取物探勘探方法，可以采取四級對稱電測法對熱源的深度進行確定。此外，在這個過程當中，需要進行地下水的分布情況研究。地下水因為遭到地下斷層及涵洞影響，可通過超聲波技術對地下水分布和流動情況進行探測判斷，將油田區域內所有廢棄的礦井同地下水具體的分布有效關聯，給后續實際廢棄井的利用奠定基礎。在進行地質水文勘探時要特別注意的一點是要排除掉太陽的熱量對水溫造成的影響[1]。因此，水體的采樣與測量工作要在夜晚2～3點之間進行，同時，還要對地下水補充水源進行勘探。

2 地質水文勘探的測試與分析

2.1 電測的類型與參數

地質水文勘探普遍使用的方法為測試電阻率法，通常使用的測量儀器是重慶研究所研究制造的WDJD-1直流數字測試儀。測試儀檢測結果主要是通過電測曲線反映出電阻率的變化，曲線能夠反映出的類型很多，在忽略不均勻淺部地質和地形影響[2]，其曲線的類型可分成三類：KH型、KHK型、K型等，依據電測的結果與水質的分析，測量區500m內能夠分成5層結構，其特性如表1所示。

表1 電測區電阻參數

2.2 地層的電阻率和地下水的礦化度分析

依據大量的理論依據以及實驗數據分析研究，地層的電阻率和地下水的礦化度具有冪函數的關系，其關系式如下：

式中：M——地下水的礦化度，g/L；

ρ——地層的電阻率，Ω·m；

a、b——常數。

根據公式對某油田地層的電阻率和地下水的礦化度進行分析研究，在測試區設置5個采樣測試點，通過測試結果統計如表2所示。

根據表2數據以及公式（1）進行相應分析如下：

表2 礦化度與電阻率統計表

常數a是29.55，常數b是-1.024，本區地層的電阻率和地下水的礦化度通過公式（2）分析為：

本地區地下水的礦化度M值預測為14.3～60.8。根據參數分析，測試區的西部地下水主要為淡水[3]。淡水的分布距頂板80m，距底板210m，地層的電阻率為25～35Ω·m，地下水的礦化度是1g/L。其取水段為80～200m，通過取水段探測驗證，礦化度均在0.6～0.8g/L之間，符合國家飲用誰標準。

3 油田區域地熱相關工程的設計

3.1 熱源運行的情況探究

在對油田區域地熱進行工程施工設計時，首先要對熱源運行的具體情況加以確定，基本分為熱源的總量及熱水穩定性兩部分。因為大部分油田都存在廢棄的礦井，利用這些廢棄的礦井做熱源的相關數據探測。在這個過程中，需要對廢棄井進行加深和加寬，以便增加井的深度和直徑，然后再對熱井內的水溫、油含量以及在單位時間內的出水量等信息參數開展測試，在可以滿足使用熱源條件之后，才能進行實質性大規模的建設工程。比如，某油田在地熱建設工程設計時，對某個油田廢棄井鉆探處理之后，需要3d連續不斷地在礦井200～310m動液面處抽水，采樣抽水時間要求在每天8:00～10:00及20:00～22:00兩個時間段內完成，工作人員要在抽水的過程當中對水溫進行測量，每個采樣抽水的時段要完成6次水溫測試。本次探測第一天的6次采樣水溫分別是20℃、26℃、35℃、42℃、51℃和59℃，當日抽水總量達到170m3，第二天和第三天采樣水溫測試結果與第一天情況類似[4]。另外，本次還對270～120m動液面水層開展了采樣測試，結果水溫均超過動液面200～310m水層溫度，只是水體雜質含量較高。根據分析研究各項水體數據，結果可以證實該熱源溫度符合工業生產要求，其出水量可以滿足生產，故此，在該區域可以進行油田地熱的工程建設設計。

3.2 探測研究熱源的水質

在進行地熱工程設計時，要對區域內地下的水質測試分析，以避免各類機械設備因為水質較差而加速損耗。熱井往往由于深度不同，水質的差別也較大。此處仍以上文中的某油田舉例說明，根據進行的水質測試表明，處于200～310m動液面時的水質要好于270～120m動液面水質。探測表明在270～120m的動液面水層抽取第41抽時出砂就開始嚴重，所出砂石的質地表現為粉質性細質狀砂巖，而且所出砂礫的直徑較為均勻[5]。并在后續不斷的抽水當中此現象一直存在，能夠判斷此動液面水質比較差。同時發現，該礦井在抽水進行到第40抽前的水質符合設備運行的需求，而且由于動液面具有較高的水溫，其可利用的價值比較高。因此，在設計地熱建設工程時，需要設置合理的監測水質系統，如果發現區域內水質不符合設備工作運行條件或是可能造成設備損壞時，要對運行設備進行停工，以防止設備受損，對設備進行有效的保護。

3.3 熱井的參數設計

在對熱井進行設計建設的過程中，要確保對熱井進行合理的布局。熱井基本構成分為水泵、泵室、動液面等監測類設備。除此之外，在建設油田的地熱工程時，可以有效利用廢井進行開發再建設，油井鉆探深度一般比熱源到地面的深度低，為達到減少成本的建設目標，可以在原有基礎之上選擇小直徑設備進行鉆探，實現對礦井的加深，將礦井變節處通常設置為泵室，在對熱井的上部進行相關參數設計時，要根據熱水需求量加以設計，在這個設計過程中要充分考慮到水泵的功率等相關參數[6]。以本文例舉的某油田設計熱井為例，熱井動液面在270～120m時具有更高的溫度，但要將抽水量保證在控制范圍以內，動液面在200～310m時的水質比較好，由此，最終的設計是將泵室確定在距地面302m的深度位置，水泵和地面的距離深度是232m，其地熱的潛水泵實際長度為2m。同時，在設計該部分時，要進行抽水管道的確定，結合流量及水泵的功率等項因素，最后選擇4號管道，與此同時，還要對地上管道進行參數的設計確定，要求結合實際進行合理、科學的設計建設。

3.4 監測自動系統的設計

監控自動系統可實現多項監測功能，其中的一項重要功能是實現對水泵運行系統的實時監測。該系統監測的內容主要分為兩部分，一是對熱井內水面的高度進行監測，以確保水井液面可以將潛水泵沒過。二是對熱井水質進行監測，可是因為水質和水體的深度相互關聯，需要把兩項監測功能結合進行。此外，要想更好地完成地熱建設工程施工，在工程中需要創建控制自動系統，實現對井內實際環境自動監測并對系統運行加以控制，同時通過設置在系統中的測量壓力設備，實現對熱井回水的壓力和回灌的壓力進行測量，以便對地熱建設工程的運行狀況進行有效的監測及控制。

4 結論

本論文通過對地熱建設工程設計施工的分析和研究，詳細闡述在工程設計時，要先對地質水文進行勘探，在勘探時首先要對油田附近范圍進行地質情況調查研究，其次要對油田地下的熱源具體情況展開查探，同時要對區域內熱源運行的情況加以分析。在進行具體工程設計時，內容主要分為控制自動系統和熱井的參數監測系統兩部分，需要通過熱源地質水文勘測數據進行科學合理的工程設計。