油田水文地质勘探和地热工程设计

张志刚

（大庆油田水务公司海拉尔分公司，黑龙江大庆163000）

通常情况下，油田地区的地热资源含量非常丰富，如果可以将这些宝贵的地热能源合理有效的利用起来，可以让我国目前碳的排放量大幅降低，有益于我国大气环境的改善。此外，在地热项目工程进行建设和施工时，可以将现有废弃的矿井有效的利用起来，从而大大减少了工程施工的成本费用。可是，因为油田所具有的水文地质特征，会严重影响地热建设工程的实际施工，因此，在进行工程设计及建设施工时，会对油田地区的地质水文情况进行勘探，以确保地热建设工程可以顺利进行。

1 油田地质水文勘探

在油田地热建设工程当中，对地质水文进行勘探是为了进一步确定油田区域范围是不是富含热源，一般情况下，根据地表具体的资源体现，可以辨别地下是否存有热源，其中最具代表性的是温泉，因此，在地质水文勘探过程中，探究的一个重要内容就是查看附近温泉的具体分布情况。通常在对地质水文进行勘探的过程中，首先，要对油田区域内地质状况开展调查，同时根据勘探结果绘制出勘探情况地图，并根据油田地区范围确定制图比例尺，一般常用的比例尺是（1∶1000）～（1∶10000）。其次，在勘探中需要完成对水文的取样及测试，在这个过程中，要保证测试仪器符合精准度的标准要求，标准误差规定在0.1℃以下。最后，在勘探中普遍采取物探勘探方法，可以采取四级对称电测法对热源的深度进行确定。此外，在这个过程当中，需要进行地下水的分布情况研究。地下水因为遭到地下断层及涵洞影响，可通过超声波技术对地下水分布和流动情况进行探测判断，将油田区域内所有废弃的矿井同地下水具体的分布有效关联，给后续实际废弃井的利用奠定基础。在进行地质水文勘探时要特别注意的一点是要排除掉太阳的热量对水温造成的影响[1]。因此，水体的采样与测量工作要在夜晚2～3点之间进行，同时，还要对地下水补充水源进行勘探。

2 地质水文勘探的测试与分析

2.1 电测的类型与参数

地质水文勘探普遍使用的方法为测试电阻率法，通常使用的测量仪器是重庆研究所研究制造的WDJD-1直流数字测试仪。测试仪检测结果主要是通过电测曲线反映出电阻率的变化，曲线能够反映出的类型很多，在忽略不均匀浅部地质和地形影响[2]，其曲线的类型可分成三类：KH型、KHK型、K型等，依据电测的结果与水质的分析，测量区500m内能够分成5层结构，其特性如表1所示。

表1 电测区电阻参数

2.2 地层的电阻率和地下水的矿化度分析

依据大量的理论依据以及实验数据分析研究，地层的电阻率和地下水的矿化度具有幂函数的关系，其关系式如下：

式中：M——地下水的矿化度，g/L；

ρ——地层的电阻率，Ω·m；

a、b——常数。

根据公式对某油田地层的电阻率和地下水的矿化度进行分析研究，在测试区设置5个采样测试点，通过测试结果统计如表2所示。

根据表2数据以及公式（1）进行相应分析如下：

表2 矿化度与电阻率统计表

常数a是29.55，常数b是-1.024，本区地层的电阻率和地下水的矿化度通过公式（2）分析为：

本地区地下水的矿化度M值预测为14.3～60.8。根据参数分析，测试区的西部地下水主要为淡水[3]。淡水的分布距顶板80m，距底板210m，地层的电阻率为25～35Ω·m，地下水的矿化度是1g/L。其取水段为80～200m，通过取水段探测验证，矿化度均在0.6～0.8g/L之间，符合国家饮用谁标准。

3 油田区域地热相关工程的设计

3.1 热源运行的情况探究

在对油田区域地热进行工程施工设计时，首先要对热源运行的具体情况加以确定，基本分为热源的总量及热水稳定性两部分。因为大部分油田都存在废弃的矿井，利用这些废弃的矿井做热源的相关数据探测。在这个过程中，需要对废弃井进行加深和加宽，以便增加井的深度和直径，然后再对热井内的水温、油含量以及在单位时间内的出水量等信息参数开展测试，在可以满足使用热源条件之后，才能进行实质性大规模的建设工程。比如，某油田在地热建设工程设计时，对某个油田废弃井钻探处理之后，需要3d连续不断地在矿井200～310m动液面处抽水，采样抽水时间要求在每天8:00～10:00及20:00～22:00两个时间段内完成，工作人员要在抽水的过程当中对水温进行测量，每个采样抽水的时段要完成6次水温测试。本次探测第一天的6次采样水温分别是20℃、26℃、35℃、42℃、51℃和59℃，当日抽水总量达到170m3，第二天和第三天采样水温测试结果与第一天情况类似[4]。另外，本次还对270～120m动液面水层开展了采样测试，结果水温均超过动液面200～310m水层温度，只是水体杂质含量较高。根据分析研究各项水体数据，结果可以证实该热源温度符合工业生产要求，其出水量可以满足生产，故此，在该区域可以进行油田地热的工程建设设计。

3.2 探测研究热源的水质

在进行地热工程设计时，要对区域内地下的水质测试分析，以避免各类机械设备因为水质较差而加速损耗。热井往往由于深度不同，水质的差别也较大。此处仍以上文中的某油田举例说明，根据进行的水质测试表明，处于200～310m动液面时的水质要好于270～120m动液面水质。探测表明在270～120m的动液面水层抽取第41抽时出砂就开始严重，所出砂石的质地表现为粉质性细质状砂岩，而且所出砂砾的直径较为均匀[5]。并在后续不断的抽水当中此现象一直存在，能够判断此动液面水质比较差。同时发现，该矿井在抽水进行到第40抽前的水质符合设备运行的需求，而且由于动液面具有较高的水温，其可利用的价值比较高。因此，在设计地热建设工程时，需要设置合理的监测水质系统，如果发现区域内水质不符合设备工作运行条件或是可能造成设备损坏时，要对运行设备进行停工，以防止设备受损，对设备进行有效的保护。

3.3 热井的参数设计

在对热井进行设计建设的过程中，要确保对热井进行合理的布局。热井基本构成分为水泵、泵室、动液面等监测类设备。除此之外，在建设油田的地热工程时，可以有效利用废井进行开发再建设，油井钻探深度一般比热源到地面的深度低，为达到减少成本的建设目标，可以在原有基础之上选择小直径设备进行钻探，实现对矿井的加深，将矿井变节处通常设置为泵室，在对热井的上部进行相关参数设计时，要根据热水需求量加以设计，在这个设计过程中要充分考虑到水泵的功率等相关参数[6]。以本文例举的某油田设计热井为例，热井动液面在270～120m时具有更高的温度，但要将抽水量保证在控制范围以内，动液面在200～310m时的水质比较好，由此，最终的设计是将泵室确定在距地面302m的深度位置，水泵和地面的距离深度是232m，其地热的潜水泵实际长度为2m。同时，在设计该部分时，要进行抽水管道的确定，结合流量及水泵的功率等项因素，最后选择4号管道，与此同时，还要对地上管道进行参数的设计确定，要求结合实际进行合理、科学的设计建设。

3.4 监测自动系统的设计

监控自动系统可实现多项监测功能，其中的一项重要功能是实现对水泵运行系统的实时监测。该系统监测的内容主要分为两部分，一是对热井内水面的高度进行监测，以确保水井液面可以将潜水泵没过。二是对热井水质进行监测，可是因为水质和水体的深度相互关联，需要把两项监测功能结合进行。此外，要想更好地完成地热建设工程施工，在工程中需要创建控制自动系统，实现对井内实际环境自动监测并对系统运行加以控制，同时通过设置在系统中的测量压力设备，实现对热井回水的压力和回灌的压力进行测量，以便对地热建设工程的运行状况进行有效的监测及控制。

4 结论

本论文通过对地热建设工程设计施工的分析和研究，详细阐述在工程设计时，要先对地质水文进行勘探，在勘探时首先要对油田附近范围进行地质情况调查研究，其次要对油田地下的热源具体情况展开查探，同时要对区域内热源运行的情况加以分析。在进行具体工程设计时，内容主要分为控制自动系统和热井的参数监测系统两部分，需要通过热源地质水文勘测数据进行科学合理的工程设计。