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        五蓮縣松柏地?zé)峋毓嗫尚行苑治?/h1>
        2019-07-30 12:06:52王士路秦福鋒
        山東煤炭科技 2019年7期
        關(guān)鍵詞:松柏導(dǎo)水含水層

        王士路 秦福鋒

        (山東省煤田地質(zhì)局第一勘探隊,山東 滕州 277500)

        五蓮縣松柏1號地?zé)峋畬倩◢弾r地區(qū)裂隙含水層帶狀熱儲類型??辈閱挝徊捎盟牡刭|(zhì)調(diào)查與大地音頻電磁法物探相結(jié)合的手段確定地?zé)峋恢?,并成功施工一眼深?570m的地?zé)峋ㄋ砂?號井)。產(chǎn)能測試最大降深為70.28m時,涌水量2645.76m3/d,出水溫度為75℃。地?zé)崃黧w中氟(7.50mg/L)及偏硅酸(145.73mg/L)達到命名礦水濃度,具有較高的醫(yī)療價值,為優(yōu)質(zhì)理療熱礦水。按壓力降低值不大于0.3MPa,允許開采涌水量為1486.08m3/d(S=31.40m),井產(chǎn)能為4493.61kW,熱流體年開采累計可利用的熱能量為2.362×108MJ[1]。由于地下熱水資源補給緩慢,需施工地?zé)峄毓嗑员WC地?zé)豳Y源的可持續(xù)開發(fā)利用。

        1 地?zé)岬刭|(zhì)條件

        五蓮縣松柏地?zé)峥辈轫椖克砂?號井工作區(qū)東、南、西三面環(huán)山,僅西北方向為山狹谷出口,為低山丘陵間盆地形態(tài),地表水沿斷層破碎帶形成的谷地匯成溪流,并最終匯集到西北方向的長城嶺水庫。匯水面積較大,有利于大氣降水及地表水的下滲補給。

        工作區(qū)地層不發(fā)育,局部保存白堊紀(jì)地層,巖性以凝灰?guī)r、凝灰質(zhì)砂礫巖等火山噴出巖為主。晉寧期、燕山晚期巖漿巖發(fā)育,巖性主要為中粗粒二長花崗巖及花崗斑巖。工作區(qū)內(nèi)斷裂主要為北北東向的松柏—小王疃斷裂、北東向的F5斷裂及北西向的松柏—叩官斷裂。松柏—小王疃斷裂:走向NNE,傾向SE,傾角70°~80°,為壓扭性斷裂,斷層為導(dǎo)熱構(gòu)造,導(dǎo)水性差[2]。F5斷裂:走向NE,傾向NW,傾角80°左右,為張性斷裂。松柏—叩官斷裂:走向NW,傾向NE,傾角80°左右,為張性斷裂,切割北北東向的松柏—小王疃斷裂和北東向的F5斷裂,具備較好的導(dǎo)水性,為本區(qū)地?zé)崴闹饕x水構(gòu)造(圖1)。熱儲類型為裂隙帶狀熱對流型熱儲(圖2)。

        圖1 松柏地?zé)豳Y源勘查區(qū)地質(zhì)圖

        圖2 松柏地?zé)豳Y源勘查區(qū)熱儲概念模型圖

        2 地?zé)峄毓嗑谋匾苑治?/h2>

        (1)為了減少地?zé)嵛菜畬Νh(huán)境的污染,地?zé)崴型ǔ:休^高的鹽分和一些特殊組分,直接排放地表,可造成熱污染和化學(xué)污染。

        (2)為了改善或恢復(fù)地?zé)崽锏漠a(chǎn)熱能力,地?zé)崽镏械牡責(zé)崮芤徊糠謨Υ嬖谄渲械臒崃黧w中,而絕大部分儲存在巖石骨架中,通過把溫度較低的水注入熱儲層中,經(jīng)過加熱后再抽取出來,可以提高地?zé)崽锏睦眯蔥3]。

        (3)保持熱流體的壓力,維持地?zé)崽锏拈_采條件。由于地?zé)岬拈_發(fā)利用,儲層的流體壓力會降低,如果開采量過大,使補給和開采失去平衡,儲層的壓力會降低,使熱田的生產(chǎn)能力降低,造成資源枯竭,甚至喪失能力。通過回灌可以維持或恢復(fù)儲層壓力,穩(wěn)定地?zé)豳Y源的開采條件。地?zé)嵛菜毓嗉夹g(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用,不但減少了地表污染,真正做到了綠色環(huán)保,還循環(huán)利用了地?zé)崴Y源,減少了地質(zhì)環(huán)境問題。

        3 回灌的可行性分析

        3.1 水文地質(zhì)條件可行性分析

        3.1.1 含水層容積分析

        地下水體容積一般是指地層巖性的孔隙及裂隙,容積的大小也反應(yīng)地下水賦水強弱。工作區(qū)位于松柏鎮(zhèn),四周均有低山丘陵,中間平坦。其地下水主要受周邊的大氣降水補給,在工作區(qū)形成一個相對封閉承壓含水體,松柏1號井靜止水位埋深為25.04m,適合回灌的可利用容積較大,回灌難度較小。通過松柏1號井產(chǎn)能測試成果可知,產(chǎn)能測試結(jié)束后,水位恢復(fù)很快,說明含水層補給條件好。

        3.1.2 含水層回灌適宜性分析

        松柏1號井熱儲層巖性以花崗巖、二長花崗巖為主,含水裂隙在空間上分布不均,裂隙發(fā)育不一,厚度1.9~17.9m不等,孔隙度為0.10%~6.51%,滲透率為0.10~1.78×10-3μm2,造成了區(qū)內(nèi)地下水富水性不均一的情況。松柏1號井施工期間,氣動潛孔錘鉆進過程中在816~832.34m發(fā)現(xiàn)出水點,從832.34m開始換用化學(xué)泥漿鉆進后開始出現(xiàn)不同程度的消耗液漏失情況,至1524m處鉆井液全部漏失,巖性破碎,表明裂隙發(fā)育,巖石滲透性較好,富水性強,含水層富水空間大,有利于回灌。

        3.1.3 斷層導(dǎo)水和儲水性能分析

        勘查區(qū)內(nèi)共發(fā)育三條斷裂構(gòu)造,分別是松柏-小王疃、F5、松柏-叩官斷裂。北北東向的松柏-小王疃斷裂傾角在70°~80°,為壓扭性斷裂。根據(jù)物探資料顯示,該斷層切割深、斷距大,為地殼深部熱能向上運移提供了較好的通道,屬于導(dǎo)熱構(gòu)造。北西向的松柏-叩官斷裂是一條燕山期形成的規(guī)模較大的張性大斷裂。該斷裂在本區(qū)傾角大(傾角80°左右),切割深,斷距大,斷層破碎帶較寬,為地下熱水的儲存提供了空間,為其運移提供了良好的通道。松柏1號井在1524m鉆遇此斷裂,沖洗液全漏。北東向的F5斷裂,傾角在80°左右,為張性斷裂。北北東向的松柏-小王疃斷裂與北東向的F5斷裂在一定深度上與北西向的松柏-叩官大斷裂交匯,形成良好的縱橫交錯熱通道網(wǎng)絡(luò)。區(qū)內(nèi)導(dǎo)水及儲水?dāng)鄬樱瑸榛毓嗵峁┝擞行Э臻g和導(dǎo)水通道。松柏-叩官斷裂為工作區(qū)地?zé)嶂骺財嗔眩瑥乃砂劓?zhèn)一直延伸至叩官鎮(zhèn),斷裂帶附近巖性破碎,富水性相對較好,導(dǎo)水及儲水性能較好,所以松柏-叩官斷層帶附近適宜布置回灌井。

        3.2 回灌技術(shù)的可行性

        根據(jù)松柏1號井產(chǎn)能測試成果分析,工作區(qū)地?zé)崴畠Υ孢\移明顯受構(gòu)造影響,構(gòu)造帶附近巖層完整性差,裂隙較發(fā)育,巖石滲透性中等,靜止水位埋深為25.04m,滿足真空回灌條件。

        根據(jù)松柏1號井在1524m處鉆井液全部漏失以及產(chǎn)能測試成果可知,工作區(qū)存在一定回灌空間。松柏1號井開發(fā)利用后,隨著地?zé)崴_采量增大及開采時間增加,會在工作區(qū)形成一個較大的降落漏斗,有利于回灌的實施。當(dāng)熱儲層水位下降后可進行真空回灌,真空回灌至水位高度超出地表時,可進行加壓回灌。

        4 回灌井定井及回灌技術(shù)方案

        4.1 回灌井井位的確定

        為保證回灌井的定位準(zhǔn)確,需要確定大致靶區(qū),在靶區(qū)開展物探施工。采用可控源大地音頻電磁法,對重點區(qū)加密施工,與松柏1號地?zé)峋锾綌?shù)據(jù)相對比,確?;毓嗑c開采井揭露同一條含水構(gòu)造,尋找水文地質(zhì)條件相對較好的地段,提高回灌井的成功率。

        4.2 回灌井與開采井間距

        把溫度較低的水灌入熱儲層是一項比較復(fù)雜的技術(shù),回灌井與開采井的間距過近,可能引起回灌水加熱溫度不夠,形成熱突破,降低開采井的出水溫度;距離太遠(yuǎn),有可能受斷層分叉、裂隙導(dǎo)水條件的限制,造成回灌水向開采井滲流速度過慢、滲流量低,開采井水位恢復(fù)慢,失去了回灌的作用。松柏地?zé)?號井屬構(gòu)造裂隙含水層帶狀熱儲,裂隙含水層灌采井間距應(yīng)比孔隙含水層大,建議間距大于1000m。

        4.3 回灌井防堵塞措施

        為防止堵塞含水層,對回灌水采取除砂、過濾措施,管路全密閉,防止接觸空氣?;毓噙^程中要定期回?fù)P[4],回?fù)P周期通過試驗確定。根據(jù)2017年兗州地區(qū)松散巖類含水層回灌試驗研究數(shù)據(jù),在定流量回灌試驗過程中,穩(wěn)定一段時間后,水位逐漸上升,水位上升至井口后,回灌試驗終止。需要回?fù)P至水清砂凈,恢復(fù)含水層的出水能力后,再進行回灌試驗。根據(jù)試驗結(jié)果,不加過濾器的原水回灌試驗,回?fù)P周期為4.5d;加粗效過濾器和精密過濾器的水處理后回灌試驗,回?fù)P周期為11d。在回?fù)P時,僅僅回?fù)P至水清砂凈不能達到疏通含水層的目的,根據(jù)實際回灌試驗,長時間的回?fù)P,可以對含水層進行更好的疏通?;?fù)P時應(yīng)觀測井內(nèi)水位變化,待水位穩(wěn)定,或者回?fù)P水量與初始開采量相近為止[5]。

        采取定期回?fù)P清除物理沉淀、管路密封防止地下水氧化、定期清洗或者更換過濾器解決生物堵塞問題,是延長回灌井服務(wù)年限的有效手段。另外,開采井、回灌井采用交替采灌法也是解決回灌井堵塞的有效措施,即兩井交替抽水、交替回灌,互為采灌井,交替時間為一個水文年。

        5 結(jié) 論

        五蓮縣松柏地?zé)?號井屬典型的帶狀熱儲地?zé)豳Y源,此類地?zé)豳Y源的回灌研究程度低,回灌井的施工及回灌工藝尚處于探索階段。松柏1號井所揭露的松柏-叩官斷裂,斷裂破碎帶寬度較大,巖石破碎,導(dǎo)水及儲水性能較好,適宜布置回灌井。采取適當(dāng)?shù)乃牡刭|(zhì)調(diào)查分析,結(jié)合物探手段,經(jīng)分析論證施工回灌井是可行的?;毓嗑捎门c松柏1號井相同的管井結(jié)構(gòu)、相似的鉆井深度,形成一對互為采灌的地?zé)峋?,采用合適的回灌工藝,可以提高地?zé)衢_采量,大幅度延長地?zé)崽锓?wù)年限,防止地?zé)豳Y源過早枯竭,實現(xiàn)經(jīng)濟效益、社會效益、環(huán)境效益的和諧統(tǒng)一。

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