摘要：介紹了目前確定地?zé)峋?/a>可開采量及布井間距的依據(jù),對(duì)其存在的問題進(jìn)行了探討,并提出確定地?zé)峋?/a>可開采量及布井間距的設(shè)想和實(shí)現(xiàn)地?zé)衢_發(fā)可持續(xù)性的保障措施。
 
  關(guān)鍵詞：地?zé)?/a>井,可開采量,布井間距,問題,設(shè)想
 
  1前言。
 
  地?zé)?/a>作為一種可再生的潔凈能源,與常規(guī)能源相比,對(duì)環(huán)境污染小,利于環(huán)境保護(hù),且具有投資少、見效快的特點(diǎn)。目前,地?zé)衢_發(fā)利用已在世界范圍內(nèi)興起,作為中低溫地?zé)豳Y源豐富的國(guó)家,中國(guó)地?zé)嶂苯永?/a>處于世界前列,在供暖、洗浴、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)等方面創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
 
  由于地?zé)峥辈?/a>及地?zé)峋?/a>鉆鑿須投人大量資金,因此只有實(shí)現(xiàn)地?zé)衢_發(fā)的可持續(xù)性,才能保證資金的投入,地?zé)岙a(chǎn)業(yè)才能健康、穩(wěn)定地向前發(fā)展。
 
  受經(jīng)濟(jì)、技術(shù)條件的制約,目前地?zé)衢_發(fā)利用主要是采取鉆井取水的方法,以水作為媒介,將賦存于熱儲(chǔ)層中的熱能采出供人們利用。因此,地?zé)?/a>開發(fā)可持續(xù)性的基本要求理應(yīng)是地?zé)峋?/a>采出的地?zé)崴?/a>質(zhì)量能保持穩(wěn)定,即地?zé)?/a>井出水量及水溫保持穩(wěn)定。只有這樣,才能提供穩(wěn)定的可利用熱水資源,保證地?zé)犴?xiàng)目的實(shí)施。這就要求地?zé)峋坏南陆祽?yīng)處于可控狀態(tài),以保證生產(chǎn)井能夠長(zhǎng)期開采,經(jīng)濟(jì)合理地抽取所需地?zé)豳Y源。
 
  在大多數(shù)地區(qū),地?zé)崽?/a>屬于沉積盆地型的中低溫熱田,熱儲(chǔ)層溫度低于10。℃,熱水儲(chǔ)存于沉積的砂礫巖或碳酸鹽巖中。由于熱儲(chǔ)層埋藏深,滲透性、連通性差,不能接受地表大氣降水的直接補(bǔ)給,只有微弱的側(cè)向徑流補(bǔ)給,屬于半封閉的深層承壓水系統(tǒng)。在這種情況下,地?zé)崴?/a>的開采以地下含水層壓力的消耗為代價(jià),即開采過程中地層壓力逐步下降,地?zé)峋宦裆钪鹉暝龃?水位下降速率與采出的熱水量呈正相關(guān)。
 
  地?zé)峄毓嗉夹g(shù)作為有效減緩地層壓力下降的手段,在許多國(guó)家已被應(yīng)用,但其受地質(zhì)、技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件的多重制約,不同的地質(zhì)條件下,回灌能力差別很大。目前,砂巖熱儲(chǔ)層低壓回灌存在著熱儲(chǔ)砂巖孔隙被堵塞,灌而不進(jìn)的技術(shù)難題。即使能夠?qū)?a href="http://www.hnsfzikao.com/t/低溫.html" >低溫尾水回灌進(jìn)去,也存在著熱儲(chǔ)層溫度急劇下降問題,而熱儲(chǔ)層溫度的恢復(fù)需要相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間。實(shí)際上,國(guó)內(nèi)目前成功的地?zé)峄毓?/a>應(yīng)用,如天津市,其地?zé)峄毓?/a>僅限于裂隙發(fā)育的碳酸鹽巖熱儲(chǔ)層,且開采熱儲(chǔ)層與回灌層屬于不同層段,層間水力聯(lián)系微弱[lj,這樣雖然解決了地?zé)嵛菜?/a>對(duì)環(huán)境的影響問題,但并不能夠有效地減緩地層壓力下降。同時(shí),回灌井的鉆鑿需投人大量資金,將阻礙處于初期階段的地?zé)岙a(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
 
  因此,只有科學(xué)合理地確定地?zé)峋砷_采量及布井間距,才能使地?zé)峋幌陆堤幱诳煽貭顟B(tài),以保證地?zé)峋氖褂媚晗?不至于重現(xiàn)掠奪而又初放型的開采方式,造成資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。由此,地?zé)?a href="http://www.hnsfzikao.com/t/開發(fā).html" >開發(fā)才能步人良性循環(huán)的軌道,以實(shí)現(xiàn)地?zé)衢_發(fā)的可持續(xù)發(fā)展。
 
  2確定地?zé)峋砷_采量及布井間距的依據(jù)。
 
  目前確定地?zé)峋砷_采量及布井間距的依據(jù)為全國(guó)礦產(chǎn)儲(chǔ)量委員會(huì)辦公室文件—儲(chǔ)辦245發(fā)[1996]51號(hào)《關(guān)于地?zé)釂尉?a href="http://www.hnsfzikao.com/t/勘察.html" >勘察報(bào)告審批要求的通知》。該文件規(guī)定對(duì)于層狀熱儲(chǔ)層,應(yīng)依據(jù)該井開采可能影響區(qū)內(nèi)的可采熱儲(chǔ)存量與地?zé)峋_采期排放的總熱量進(jìn)行熱均衡驗(yàn)算確定,其步驟如下。
 
  (1)依據(jù)地?zé)峋?a href="http://www.hnsfzikao.com/t/抽水試驗(yàn).html" >抽水試驗(yàn)資料,用內(nèi)插法(最大水位下降以不大于20m為宜)初步確定地?zé)峋砷_采量,并以公式Qw一3650OQCw(tw一t。)計(jì)算按此量開采100年所排放的總熱量。
 
  式中Qw—地?zé)峋_采100年所排放的總熱量;Q—地?zé)峋臻_采水量;Cw—地?zé)崴?/a>平均熱容量;枷—地?zé)崴?/a>平均溫度;t。
 
  —地層常溫帶溫度。(2)依據(jù)地?zé)峋?a href="http://www.hnsfzikao.com/t/地質(zhì).html" >地質(zhì)剖面,按公式Qr一KHC二(t;一t。)計(jì)算確定地?zé)峋_采利用熱儲(chǔ)層單位面積可開采的熱儲(chǔ)存量。
 
  式中Qr—地?zé)峋_采影響區(qū)內(nèi)可采熱儲(chǔ)存量;K—熱儲(chǔ)層地?zé)岵墒章?H—地?zé)峋玫臒醿?chǔ)層厚度;C廠—熱儲(chǔ)層平均熱容量;t廠—熱儲(chǔ)層地?zé)崞骄鶞囟取?3)按均衡原理以公式F一Qw/Qr計(jì)算熱儲(chǔ)層可采熱儲(chǔ)存量與地?zé)峋_采10。年排放總熱量保持均衡所需的熱田面積,并按圓面積公式估算地?zé)峋木唷?br style="padding:0px;margin:0px;white-space:normal;" /> 
  (4)在該地?zé)崽?/a>尚無(wú)其他地?zé)嵘a(chǎn)井或已有井的井距超過計(jì)算的布井間距,可以地?zé)峋?a href="http://www.hnsfzikao.com/t/抽水試驗(yàn).html" >抽水試驗(yàn)資料初步確定的可開采量為該井的可開采量;若已有井井距小于計(jì)算的布井間距,則應(yīng)以已有井距的1/2為半徑劃定的圓面積作為該井可開采的控制范圍,并以該范圍內(nèi)的可采熱儲(chǔ)存量作為該井的地?zé)崴_采允許排放的熱量,進(jìn)而反求其可開采量川。
 
  3實(shí)施上述兩項(xiàng)依據(jù)存在的新問題。
 
  《關(guān)于地?zé)釂尉?a href="http://www.hnsfzikao.com/t/勘察.html" >勘察報(bào)告審批要求的通知》制定于1991年,其確定地?zé)峋砷_采量及布井間距的依據(jù)經(jīng)多年應(yīng)用發(fā)現(xiàn)存在許多問題,與地?zé)?a href="http://www.hnsfzikao.com/t/開發(fā)利用.html" >開發(fā)利用要求相矛盾,不符合地?zé)崴x存、變化規(guī)律,無(wú)法滿足地?zé)衢_發(fā)可持續(xù)發(fā)展的要求。
 
  3.1設(shè)計(jì)地?zé)峋_采時(shí)間過長(zhǎng)《通知》中按地?zé)峋_采100年計(jì)算排放的總熱量,然后估算地?zé)峋木?設(shè)計(jì)地?zé)峋褂媚晗逓?00年。
 
  目前,地?zé)峋毡椴捎玫墓懿臑槭吞坠?質(zhì)量很好,使用年限可達(dá)30年以上。但由于地?zé)崴V化度一般都很高,對(duì)管壁的腐蝕較強(qiáng),特別是在水位變動(dòng)帶,腐蝕更加明顯,因此,地?zé)峋墓懿哪芊袷褂?00年尚沒有肯定的例證。
 
  地?zé)豳Y源雖然是一種可再生能源,但是其再生的歷程是以地質(zhì)年代而計(jì),地?zé)崴L(zhǎng)期開發(fā)的主要效應(yīng)之一就是要地下水位的持續(xù)下降。以100年作為地?zé)峋拈_采時(shí)間,只能以減少可開采量作為代價(jià)才能有望達(dá)到,這將限制地?zé)峋睦眯?無(wú)法滿足實(shí)際需求。雖然地?zé)?a href="http://www.hnsfzikao.com/t/開發(fā).html" >開發(fā)需要可持續(xù)性,但若沒有了經(jīng)濟(jì)效益,將沒有人再開發(fā)地?zé)?/a>。因此,作為一種能源開采,地?zé)崤c煤炭、石油等常規(guī)能源是一樣的,沒有必要放著非要采100年。但應(yīng)該科學(xué)合理地開采,充分全面地利用,而不是破壞性開采,大量浪費(fèi)地?zé)?a href="http://www.hnsfzikao.com/t/資源.html" >資源。當(dāng)然,為了取得最好246的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益,地?zé)衢_發(fā)需要可持續(xù)性,但持續(xù)過程達(dá)100年太長(zhǎng),應(yīng)以20~30年為宜。
 
  3.2未考慮地?zé)岬刭|(zhì)條件的差異地?zé)崴鎯?chǔ)于地下熱儲(chǔ)層中,可分為砂巖孔隙熱儲(chǔ)、碳酸鹽巖巖溶熱儲(chǔ)、裂隙熱儲(chǔ)等。不同巖性的熱儲(chǔ)層具有不同的性質(zhì),即使相同巖性的熱儲(chǔ)層,其滲透性、儲(chǔ)水性差異也很大,因而造成地?zé)峋克看笮〔坏取?br style="padding:0px;margin:0px;white-space:normal;" /> 
  一般情況下,砂巖孔隙熱儲(chǔ)連通性好、孔隙度大、滲透性好,地?zé)峋克看?而巖溶熱儲(chǔ)、裂隙熱儲(chǔ)發(fā)育不均,地?zé)峋克坎顒e很大。如位于黃弊坳陷滄東凹陷的滄州溫泉托老院地?zé)峋?所取熱儲(chǔ)層為上第三系館陶組砂巖孔隙熱儲(chǔ),水位降深16.81m時(shí)涌水量達(dá)2877m“/d;位于滄縣隆起獻(xiàn)縣凸起的獻(xiàn)迎熱1井,所取熱儲(chǔ)層為元古界薊縣系霧迷山組巖溶熱儲(chǔ),水位降深54.94m時(shí)涌水量為1965m“/d;而位于冀中坳陷覃城凸起的熱電1井,所取熱儲(chǔ)層為下古生界奧陶系巖溶熱儲(chǔ),水位降深190m時(shí)涌水量?jī)H為84om3/d。
 
  《通知》中統(tǒng)一規(guī)定:依據(jù)地?zé)峋?a href="http://www.hnsfzikao.com/t/抽水試驗(yàn).html" >抽水試驗(yàn)資料,用內(nèi)插法(最大水位下降以不大于Zom為宜)初步確定地?zé)峋砷_采量,未考慮不同地區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)條件的差異性。據(jù)此,滄州溫泉托老院地?zé)峋唤瞪?6.81m時(shí)可開采量達(dá)2877m“/d,獻(xiàn)迎熱1井水位降深20m時(shí)可開采量715m“/d,而熱電1井水位降深Zom時(shí)可開采量?jī)H88m“/d,差距非常大。其中熱電1井若按88m“/d開采,應(yīng)屬于報(bào)廢井,而該井總投資達(dá)400多萬(wàn)元。因此,地?zé)峋砷_采量的確定應(yīng)考慮不同地區(qū)地?zé)岬刭|(zhì)條件的差異,而不應(yīng)以水位下降固定值來(lái)計(jì)算。
 
  3.3缺乏合理操作性熱儲(chǔ)層由于埋藏深、地層壓力大,在未開發(fā)地區(qū),初期鉆探成功的生產(chǎn)井基本都能夠自流,即地?zé)峋跏检o水位埋深高于地面。如冀中坳陷饒陽(yáng)凹陷任熱1井,取水熱儲(chǔ)層為館陶組熱儲(chǔ),1980年n月成井時(shí)初始靜水位高出地面14m;滄縣隆起獻(xiàn)縣凸起獻(xiàn)迎熱1井,200。年n月成井時(shí)關(guān)井井口壓力0.36MPa,即初始靜水位高出地面36m。《通知》中規(guī)定以最大水位下降不大于20m確定地?zé)峋砷_采量,對(duì)于獻(xiàn)迎熱1井來(lái)說,其自流時(shí)水位降深36m,自流量1389m3/d,若按《通知》中規(guī)定,則其可開采量為降深20m時(shí)的772m“/d,小于自流量,開采中應(yīng)對(duì)自流量進(jìn)行控制。這無(wú)論從技術(shù)角度還是從經(jīng)濟(jì)角度來(lái)講,都缺乏合理操作性。
 
  3.4地?zé)豳Y源采出量與實(shí)際開采不相符《通知》中規(guī)定,按公式Qr一KHCr(t廠一t。)計(jì)算地?zé)峋_采利用熱儲(chǔ)層單位面積可開采的熱儲(chǔ)存量,其中K值為熱儲(chǔ)層地?zé)岵墒章?砂巖一般取。.巧一0.20川,實(shí)際開采中遠(yuǎn)不能達(dá)到這一數(shù)值。根據(jù)天津濱海地?zé)崽?/a>資料,在保持有限降深條件下,按100年開采時(shí)限計(jì)算,采出水量相當(dāng)于熱儲(chǔ)層儲(chǔ)存水量的3%左右,換算成采出熱量不足熱儲(chǔ)層儲(chǔ)存熱量的2寫閉。由此可見,按上述公式計(jì)算的熱儲(chǔ)層單位面積可開采的熱儲(chǔ)存量過大,相應(yīng)的地?zé)峋_采影響范圍偏小,地?zé)峋嗳狈?shí)際指導(dǎo)意義。
 
  實(shí)際上,與固體礦產(chǎn)不同,地?zé)崴幱诹鲃?dòng)狀態(tài),開采過程中,由于地?zé)峋_采漏斗的形成,周圍的地?zé)崴虻責(zé)峋畠?nèi)運(yùn)動(dòng),影響范圍相當(dāng)大。影響采出資源量多少的首要因素為地?zé)峋粻顟B(tài),在相同開采量的情況下,地下水位下降緩慢,則采出資源量多,地下水位下降迅速,則采出資源量少,這是由地質(zhì)條件控制的。其次,技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件也制約著地?zé)豳Y源采出量的多少。在水位下降到一定程度后,只有高揚(yáng)程的熱水泵才能采出地?zé)崴?但如果從經(jīng)濟(jì)上考慮沒有效益,開采也就沒有價(jià)值了。由此,不同條件下的地?zé)崽?/a>,其地?zé)豳Y源采出量是不等的。
 
  3.5未能提出動(dòng)態(tài)管理的必要性地?zé)崴鳛橐环N液體礦產(chǎn),開采中水位下降是一種必然的趨勢(shì)。一個(gè)地?zé)崽?隨著地?zé)峋當(dāng)?shù)量的增加、開采量的加大、開采時(shí)間的延續(xù),積累的資料越來(lái)越多,對(duì)地?zé)崽?a href="http://www.hnsfzikao.com/t/地質(zhì)條件.html" >地質(zhì)條件的認(rèn)識(shí)也越來(lái)越科學(xué)、合理。應(yīng)根據(jù)取得的資料,對(duì)地?zé)岵⒖砷_采量、布井間距進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整,以使地?zé)峋軌虺掷m(xù)開采,取得最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。
 
  4確定地?zé)峋砷_采量及布井間距的設(shè)想。
 
  4.1地?zé)峋砷_采盆的確定地?zé)峋砷_采量確定的原則為以需定產(chǎn)、以產(chǎn)定產(chǎn)。以需定產(chǎn),即根據(jù)地?zé)衢_發(fā)所需水量確定可開采量。對(duì)于熱儲(chǔ)地質(zhì)條件較好的地區(qū),在降深較小的情況下地?zé)峋克亢艽?可根據(jù)用戶需求確定地?zé)峋砷_采量,使地?zé)峋睦眯蔬_(dá)到最高。以產(chǎn)定產(chǎn),即根據(jù)地?zé)峋畲蠼?jīng)濟(jì)開采量確定可開采量。對(duì)于熱儲(chǔ)地質(zhì)條件較差的地區(qū),地?zé)峋诮瞪钶^大的情況下,涌水量較小,此時(shí),根據(jù)熱水泵提升能力及經(jīng)濟(jì)效益,確定最佳降深情況下的地?zé)峋砷_采量。
 
  4.2地?zé)峋季g距的確定地?zé)峋_采過程中形成水壓力降落漏斗,使周圍地?zé)峋划a(chǎn)生下降,影響其開采。因此,必須確定合理的布井間距,以保證地?zé)峋g的水位干擾不影響地?zé)崴拈_采?？筛鶕?jù)抽水試驗(yàn)成果,計(jì)算出不同井間距時(shí)的影響降深,確定地?zé)峋g的干擾系數(shù),再根據(jù)規(guī)定的最大影響降深值(如5一10m),選取一個(gè)合理的布井間距?？紤]到一口地?zé)峋車鷷?huì)逐步鉆鑿多口地?zé)峋?每一口地?zé)峋紩?huì)受到其他地?zé)峋母蓴_,選取布井間距時(shí)應(yīng)適當(dāng)加大距離。最大影響降深值應(yīng)根據(jù)各地地?zé)衢_發(fā)實(shí)踐取得的資料,考慮不同的地質(zhì)條件來(lái)規(guī)定。
 
  4.3地?zé)崽锊季倲?shù)的確定目前,地?zé)衢_發(fā)主要是采取單井開發(fā)模式,即在地?zé)釛l件較好的地區(qū),首先鉆鑿一口地?zé)峋M(jìn)行開發(fā)利用,然后在其示范帶動(dòng)下,逐步鉆鑿更多的地?zé)峋?。?duì)于一定范圍內(nèi)的一個(gè)地?zé)崽?確定其可布井總數(shù),可控制地?zé)崽?a href="http://www.hnsfzikao.com/t/地?zé)崴_采.html" >地?zé)崴_采總量,保證地?zé)崽锏拈_采年限,實(shí)現(xiàn)地?zé)衢_發(fā)的可持續(xù)性。
 
  一個(gè)地?zé)崽镌阢@鑿了2~3口地?zé)峋?經(jīng)過2一3年的開采,積累了大量的開采動(dòng)態(tài)資料,據(jù)此可建立水位降深與開采量關(guān)系的數(shù)學(xué)方程。根據(jù)當(dāng)前地?zé)峋o、動(dòng)水位埋深情況,可計(jì)算出在規(guī)定的最大允許動(dòng)水位埋深(如200~250m)內(nèi)的地?zé)崽锟砷_采總量,再根據(jù)規(guī)定的開采年限(如20一30年)、單井可開采量,確定地?zé)崽锟刹季倲?shù)。
 
  4.4地?zé)峋砷_采且及布井間距的動(dòng)態(tài)調(diào)整地?zé)峋_采過程中應(yīng)進(jìn)行長(zhǎng)期動(dòng)態(tài)觀測(cè)工作,根據(jù)觀測(cè)資料,對(duì)確定的地?zé)峋砷_采量、布井間距、地?zé)崽锊季倲?shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)。如果實(shí)際開采情況與設(shè)計(jì)不相符,應(yīng)及時(shí)調(diào)整地?zé)峋砷_采量、布井間距、地?zé)崽锊季倲?shù),以使地?zé)峋幌陆堤幱诳煽貭顟B(tài),保證地?zé)峋氖褂媚晗蕖?br style="padding:0px;margin:0px;white-space:normal;" /> 
  4.5已規(guī)模開發(fā)地?zé)?/a>田地?zé)峋砷_采里的確定對(duì)于已規(guī)模開發(fā)的地?zé)崽?地?zé)峋雁@鑿?fù)瓿?應(yīng)根據(jù)開采動(dòng)態(tài)資料,計(jì)算出地?zé)崽镌谝欢晗?、最大允許動(dòng)水位埋深情況下的可開采總量,再根據(jù)地?zé)崽镆延械責(zé)峋當(dāng)?shù)量、單井出水能力、開發(fā)利用需水量確定地?zé)峋目砷_采量,并根據(jù)開采動(dòng)態(tài)及時(shí)進(jìn)行調(diào)整。
 
  5實(shí)現(xiàn)地?zé)衢_發(fā)可持續(xù)性的保障措施。
 
  地?zé)衢_發(fā)的可持續(xù)性要求科學(xué)合理地確定地?zé)峋砷_采量及布井間距,使地?zé)峋幌陆堤幱诳煽貭顟B(tài),不能掠奪性開采地?zé)?/a>資源。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn),需要各級(jí)管理、技術(shù)部門共同努力,盡職盡責(zé)。
 
  (1)專業(yè)管理部門盡快制定切實(shí)可行的規(guī)定、標(biāo)準(zhǔn),為地?zé)峋砷_采量、布井間距的確定提供依據(jù),使地?zé)衢_發(fā)走上科學(xué)合理的道路。
 
  (2)相關(guān)職能部門充分履行自己的職責(zé),堅(jiān)決杜絕無(wú)證開采、不按規(guī)定超量開采現(xiàn)象的發(fā)生,建立相應(yīng)的核查機(jī)制,保證地?zé)衢_發(fā)符合相關(guān)法律、法規(guī)的規(guī)定。
 
  (3)有關(guān)技術(shù)部門應(yīng)建立地?zé)峋拈L(zhǎng)期動(dòng)態(tài)觀測(cè)機(jī)制,對(duì)地?zé)峋M(jìn)行水位、水量、水溫、水質(zhì)的長(zhǎng)期觀測(cè),并對(duì)觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析研究,提出地?zé)衢_發(fā)建議,為管理部門進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理提供依據(jù)。
 
  (4)地?zé)衢_發(fā)商應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行地?zé)崴拈_采,并充分利用地?zé)崮?/a>,使地?zé)豳Y源發(fā)揮最大的效益,同時(shí),配合技術(shù)部門做好動(dòng)態(tài)觀測(cè)工作。
 
  以上僅是一些不成熟的設(shè)想,希望地?zé)釋＜疑钊苏{(diào)查研究、集思廣益,制定出科學(xué)合理的地?zé)衢_發(fā)利用方案,為中國(guó)地?zé)?/a>開發(fā)的持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)支持。