李常锁 王少娟 胡克桢 张中祥
（山东省地矿工程勘察院，济南250014）
作者简介：李常锁（1976—），男，工程师，主要从事水文、地热、环境、灾害地质工作。
摘要：进行地热资源开发时，应当根据前期相关地质资料在拟建项目区内确定合理的井间距；合理确定热储层位；查明拟建项目区的热储类型、热储埋藏条件；地热水水温、水质、水量等情况，确定与之相适宜的建设项目。
关键词：地热资源；开发；井间距；热储；水温；水质
随着经济的快速发展，地热——这种新型能源逐渐受到人们的青睐，全国各地地热资源开发事业方兴未艾。但是目前的地热资源开发也存在诸多难以确定的问题，例如井间距的确定，热储层的确定，水温、水质、水量的评价等。本文以“东营市城区地热资源评价”项目为例，对地热资源开发中应注意的几个问题进行论述，以期为地热资源的开发提供一定的参考意见。
1 区域地质背景
东营市位于黄河下游三角洲冲积平原区，地形平坦，西南部略高，东北部稍低，地面标高一般在4～13m，自然坡降1/1万，微地貌类型属微倾斜平地。东营市在大地构造区划上位于华北地台（Ⅰ）辽冀台向斜（Ⅱ）济阳坳陷（Ⅲ）东部之东营凹陷（Ⅳ）的中央隆起带和牛庄洼陷。该区热储为新近系馆陶组、古近系东营组含水砂层，属于层状地热资源。
2 地热资源开发中应注意的问题
2.1 合理井距的确定
根据解析法对东营市城区的地热资源量进行计算，在开采区及周边条件不变的情况下，开采期限为100年，东营市城区地下热水可采资源总量为1801×104m3/a。其中馆陶组为1026×104m3/a，东营组为775×104m3/a。
开采方案的设计是根据地热水文地质条件、开采方式及提水设备等，确定开采区最大允许水位降深。在此基础上，确定合理井距，制定布井方案，力求做到技术合理，经济效益最佳。本区热储层位稳定，厚度及分布较均一，地热地质条件较单一，可采用平均布井法。经热均衡计算，区内馆陶组单井涌水量2811m3/d，热储共布井10眼，则每眼井实际控制面积为16km2，由此推算出合理井距为4514m；东营组单井涌水量1415m3/d，热储共布井15眼，则每眼井实际控制面积为11.733km2，由此推算出合理井距为3866m。预测地热井的井深为：馆陶组热储1200～1350m，东营组热储1550～1750m。为了论证井距的合理性，预测开采期末水位的变化，在开采期群井常流量抽水时，若概化成梅花井群，则开采区中心水位最大降深为：
山东省环境地质文集
式中：smax为开采区中心水位最大降深（m）；Qi为开采区单井涌水量（m3/d）；T为热储层导水系数（m2/d）；a为热储层压力传导系数（m2/d）；t为开采期限（d）；r为井间距离（m）；n为布井数。
馆陶组热储：
山东省环境地质文集
东营组热储：
山东省环境地质文集
计算结果表明：若按上述方案进行开采，则馆陶组热储开采中心最大水位降深为75.55m，由区内开采馆陶组热储层的热水井静水位埋深约30m推测，开采期末开采中心最大水位埋深为105m左右；东营组热储开采区中心最大水位降深121.75m，据区内开采东营组热储层的热水井静止水位约20m推测，开采期末开采中心最大水位埋深为140m左右。由此可见，目前的开采技术和提水设备设计方案是可行的，所确定的可开采量是合理的。
2.2 热储特征
2.2.1 热储层的确定
通常将埋藏于地下，具有一定有效孔隙度和渗透性的地质建造，其中储存有一定的地热流体可供地热开发的岩层称为热储，将地层和岩体分布面积大、产状倾角较缓的热储层称为层状热储。纵观东营凹陷自下而上的各含水层系中，当数古近系东营组含水岩层及新近系馆陶组含水岩层为最佳热储，这是因为：①其埋深均小于2000m，获得的储量为经济型的热储量；②孔隙度、渗透率位于各含水层之最；③有较厚的盖层（指新近系明化镇下段厚层泥岩，约200～400m）；④基本上不含油气且位于主力油气层之上，其开发不影响油气的开发；⑤开发表明，其地热流体水位埋深浅，流量大，热量高；⑥分布范围广，且砂体厚度大，可视为无限含水砂层。
2.2.2 东营组热储特征
东营市城区的东营组底板埋深为1600～1900m，东营组地层厚度一般为250～500m。东营组砂层厚度为120～200m。东城区砂层最薄，为100～120m，向北逐步增至200m以上，中部厚度多为200m，仅少数地区小于160m，西城南多数在180～200m，仅在南二路与西四路交叉附近厚度小于120m（见图1）。
图1 东营市城区东营组砂层厚度图
2.2.3 馆陶组热储特征
评价区馆陶组顶板埋深为980～1060m，馆陶组底板埋深一般为1320～1460m。馆陶组地层厚度为320～440m，馆陶组砂层厚度一般为120～160m。西城城区最薄，多为100～120m，东城区最厚，多为160～180m，中部多为140～160m（见图2）。
图2 东营市城区馆陶组砂层厚度图
由此看来，馆陶组与东营组热储埋藏均小于2000m，从开采技术条件来说属于经济型热储；热储分布稳定性好，厚度变化小，具备良好的储热导水空间。从以上两方面看，馆陶组、东营组热储层适宜开采。
2.3 水温
东营组地热水水温按《地热资源地质勘查规范》（GB11615—89）规定属低温地热资源中的热水，如：老热1井（Ed）水温69℃，东热1井（Ed）水温60℃，该层地热水水温一般均大于或等于60℃，根据规范，60～90℃的地热水可以用于采暖和工艺流程。而馆陶组地热水水温均小于60℃，如：胜东热1井（Ng热储）水温56℃，建2井（Ng热储）水温54℃，属于低温地热资源中的温热水，可以用于医疗、洗浴、温室。
2.4 水质
根据本次工作采集的两个热储层的水质资料分析，馆陶组地热流体总矿化度为18～18.5g/L；东营组地热流体总矿化度为20～20.5g/L，组成地热流体的主要是Cl-，其次是Na＋和K＋，该两项离子均随总矿化度的增大而呈直线上升，但上升的斜率不同。东营城区热水中含有大量的对人体健康所必需的微量元素和组分，1979年世界卫生组织公布的十几种人体必需的微量元素，在该热水中均有较高含量。主要有锂、锶、溴、氟、铁、锰、硅、硼、锌、碘、硒、钴、镍等，而对人体健康有害的元素有：镉、汞、铅、铍、六价铬等含量极微。热水中的溴、锶、锰等已达到医疗热矿水的矿水命名浓度，锂、偏硅酸、偏硼酸达到标准中的矿水浓度。该地热水是一种高温度、高矿化度、高硬度、微量元素富集，且放射性物质高于一般地下水的优质地下热水。由于本区地热流体的溶解性总固体含量，两个热储层均大于10000mg/L，按《地热资源地质勘查规范》（GB11615—89）之规定，本类水的利用方向是医疗、洗浴、采暖等，作为医疗、洗浴可直接利用，作为采暖必须用换热的方式（间接利用）将热量换到锅炉用水之中。此水虽有一定的腐蚀性，但有毒物质均在排放标准之内，其排放不会对环境造成不良影响。但最好的办法是进行回灌，而回灌井水需要一整套的技术措施，需费用较高，技术难度较大。因此，只要排放温度小于35℃，不产生热污染即可。东营市城区地热水水质相对较好，能够满足一般需求，基本适宜开采。
2.5 水量
按照已钻地热井的地热流体单位产量，本区两个热储水量均大于50m3/（d·m），均可划为最适宜开采区，开采年限为100年，并在不考虑回灌的情况下水位降深不大于150m，能够满足建设项目开采地热水的需求，即资源量能够得到保证。
3 结语
本文以层状热储地区的地热资源开发为例，简单介绍了地热资源开发中应当注意的几个问题；对于带状热储的地热资源来说，其评价方法也较为类似，只是热储的类型有所改变，在此不一一列举。地热资源作为一种新型能源，确实具有其独特优势，但地热资源的开发具有一定的风险，只有在对趋于情况有所了解之后，结合项目特点，并通过后期详尽论证之后，才能确定具体的开发方案，切忌盲目开发。