雄安新区D21地热勘探井钻探施工技术及成果

为探查容城西部斜坡带地热田地热资源,揭露容城西部寒武系、蓟县系完整地层,中国地质调查局在雄安新区容城部署了地热勘探井D21井。该井设计井深3000 m,完钻井深3083.74 m。本文介绍了D21井钻遇地层情况、井身结构、钻探施工技术和抽水试验过程。总结了取得的钻探技术及成果。D21井获取了寒武系和蓟县系热储层水文地质参数,为容城西部斜坡带热储构造发育提供地质依据,服务于雄安新区地热开发规划。     

雄安新区D03地热勘探井钻探施工实践

D03地热勘探井部署在雄安新区雄县牛驼镇凸起的轴部,设计井深2500 m,完钻井深2511.10 m。实施的目的是为探明蓟县系碳酸盐岩热储的地质结构和分布,获取碳酸盐岩热储地热—水文地质参数,计算地热资源潜力。本文主要介绍了D03地热勘探井的钻探施工情况,开展了螺杆马达单点定向顶漏侧钻绕障作业,解决了失返性漏失段定向侧钻难题,探索了失返性漏失段水泥固井工艺,获取了标志层杨庄组的岩屑和岩心,区分开了雾迷山组白云岩和高于庄组白云岩,实现了勘探的目的。通过钻探施工、取心、岩屑录井、薄片鉴定等工作,基本查明了D03井区的地质结构及主要岩性特征。通过抽水试验,获取了水文地质参数,评价了可开采资源量。     

雄安新区地热D20井钻井液固控循环系统应用分析

根据环保要求和雄安新区地热D20探采井钻探工程需求,开展钻井液固控循环系统研究和应用效果分析工作。整套系统由4+1个模块化封闭罐体组成,配置五级净化设备,满足钻探实施过程中钻井液的配制、储备、循环、净化、补给、加重及井下复杂情况处理等工艺需求与闭环处理环保要求。现场应用表明,系统满足绿色勘查要求和D20探采井钻探工程需求,但在结构设计及优化配置等方面有待进一步改进,并提出优化建议。     

XD-40型钻机在雄安新区地热勘探井施工中的应用

深部矿产资源勘查技术装备XD-40型钻机应用于雄安新区地热勘探井施工,圆满完成了D13井钻探任务,完钻井深2506.14 m,完钻口径152.4 mm。本文主要从工程概况、设备特点、施工情况、事故处理等方面,介绍D13井的施工情况,总结了XD-40型钻机的总体性能、事故处理、多工艺性、能耗等方面的表现。验证了XD-40型钻机的能力及安全可靠、智能控制、节能环保方面的优越性,可应用于井深2500~2800 m的地热井施工。     

慕尼黑地热产业发展对雄安新区的启示北大核心CSCD

雄安新区建设低碳之城的“绿色理念”下,通过与慕尼黑地区地热产业发展的对比分析,形成对雄安新区地热高质量发展的启示。以雄安新区100余口地热井与慕尼黑57口地热井的资料为基础,通过对慕尼黑地热资源勘探和开发政策、利用技术、发展趋势等多方面分析,提出雄安新区地热产业高质量发展的建议。慕尼黑马尔姆热储层埋深1500~5000m,温度80~140℃,丰富的中深层地热资源是其进行积极能源转型规划的基础。近年来,在慕尼黑政府的积极引导下,地热资源勘探开发得到快速发展。2021年,基于丰富的地热资源开发的基础上,慕尼黑提出2035年实现气候中和的发展目标。雄安新区中深层地热资源条件与慕尼黑具有较强的可对比性,在政府支持下,地热资源勘探和利用取得了一系列成果,形成了地热供暖的“雄县模式”,供暖面积达700万平米。通过对比分析认为应加大新区基础勘探工作投入,坚持科学可持续开发,实时引导建立地热发电示范项目,制定积极、可预期的地热管理政策,充分发挥地热在碳中和目标中的作用。不仅对雄安新区而且对我国地热产业在实现碳中和目标中的作用均具有借鉴意义。     

雄安新区D01井岩溶热储下伏太古界中热流测定研究

【研究目的】目前雄安新区范围内的热流数据多测自于新近系沉积盖层及白云岩地层,对岩溶热储下伏太古界的热流测定研究还鲜见报道,主要受限于以往的地热勘查开发层位主要在1800m以浅的蓟县系岩溶热储,揭露岩溶热储下伏太古界的钻孔稀少。2018年以来,在雄安新区牛驼镇地热田实施了D01深部地热参数井,揭穿了高于庄组岩溶热储,并揭露太古界厚度达1723.67m,给该地区岩溶热储下伏太古界的热流测定研究提供了条件。【研究方法】本文基于近稳态钻孔测温及岩心热导率测试,对D01井太古界进行了热流测定及分析。【研究结果】结果表明：D01井太古界呈显著的传导型地温特征,地温梯度为18.3℃/km,相比于新近系地温梯度48.6℃/km偏低。测得25块D01井太古界片麻岩岩心样品的热导率平均值为（2.41±0.40）W/(K·m)。根据钻孔测温数据及热导率测试,计算出D01井太古界2300～2700m深度的热流值为（44.1±7.0）mW/m²。同时,估算了D01井新近系400～800m深度段的热流值为84.6mW/m²,较太古界高出40.5mW/m²。【结论】分析认为D01井新近系较太古界高出热流主要为高孔渗岩溶白云岩层中地下水侧向热对流作用以及牛东断裂地下水垂向热对流作用共同所致。研究结果对前人提出的地下水运移聚热模式及导热断裂聚热模式提供了数据支撑,对雄安新区深部地热资源成因机制和太古界地温场研究具有重要意义。     

雄安新区D19井破碎热储层气举反循环钻进技术

D19井是雄安新区地热清洁能源调查评价项目的一个勘探孔,完钻井深4021.78 m,揭穿雾迷山组和高于庄组2个热储层。为应对热储层钻进严重漏失及保护热储层,选用了气举反循环钻进工艺。对深井气举反循环钻进设备进行配套,同时对双壁钻杆下深、风量等工艺参数进行了现场试验优选。针对钻遇复杂破碎地层时返水（渣）通道经常堵塞无法顺利钻进的问题,研制出了适宜于破碎地层气举反循环钻进的防堵进水接头,同时对进水（渣）口进行保护,有效地解决了破碎地层气举反循环钻进易堵塞的难题,顺利完成了钻探任务。完善了极破碎热储层气举反循环钻进工艺技术,为气举反循环钻进工艺在破碎热储层的应用和推广打下了基础。     

雄安新区工程地质勘察标准钻孔技术控制及施工实践

雄安新区地质勘察大会战中200 m标准勘察钻孔,地层层位交替变化大,局部夹软弱地层和砂土液化,砂类地层胶结性差、结构松散等,难以保证垂直度以及岩心采取率。施工中采用了合理钻具配置、优化钻进参数等综合措施,预防钻孔偏斜;同时在取心时采用松散地层干钻取心、岩心管内隔离措施、采用泥浆泵分流注浆退心等行之有效的技术措施,保证了钻孔质量,取得了非常明显的技术效果。     

雄安新区地热水的化学场特征及影响因素分析

【研究目的】雄安新区地热水化学场特征及其影响因素对了解区域地热资源聚敛机制具有重要意义。【研究方法】在区内5个主要构造单元（容城凸起、牛驼镇凸起、霸县凹陷、保定凹陷和高阳低凸起）开展地热水水化学采样和测试分析工作。【研究结果】研究区内主要分布有砂岩热储和岩溶热储,水化学类型以Cl-Na型和Cl·HCO₃-Na为主。从浅入深,地热水TDS值呈增大趋势。自西向东,地热水TDS含量表现为增大的趋势,指示着地下水流向。受断裂带导水作用影响,部分深部雾迷山组与馆陶组地热水发生混合现象。雾迷山组岩溶热储地热水的变质系数和脱硫系数低,热储封闭性较好,处于相对还原状态,而馆陶组和明化镇组砂岩热储地热水封闭性相对较差。【结论】区内地下水化学场主要受水岩相互作用程度、断裂、储层封闭性等因素影响。研究成果对于认识雄安新区地热资源、科学合理开发利用地热能,推进北方地区冬季清洁取暖具有重要意义。     

雄安新区地热水化学特征及其指示意义

地热流体水文地球化学研究是认识地热资源形成机制、赋存环境以及循环机理的有效手段.以我国华北平原典型的中低温地热系统——河北雄安新区为研究对象, 基于不同热储层和浅层地下冷水的水化学及同位素特征, 探讨地热流体中主要组分的地球化学起源, 评估深部地热流体的热储温度, 指示地热系统的深部热源及其成因机制.大气降水入渗、热储高温条件下的流体-岩石相互作用是雄安新区地热流体中主要组分的物质来源, 其中深层雾迷山组地热水中部分组分可能源于古沉积水蒸发浓缩过程中形成的蒸发岩盐的溶滤.雾迷山组地热水适宜利用Ca-Mg温标和石英温标计算其热储温度, 温度范围为76.4~90.6℃, 馆陶组地热水运用石英温标更为合理, 热储温度为66.2~71.3℃.雄安新区地热异常是深部放射性元素衰变热在特定的大地构造背景下聚集而形成.      

综合物探技术在深部碳酸盐岩热储探测中的应用研究——以雄安新区为例

雄安新区地热资源潜力大,碳酸盐岩是雄安新区深部地热资源的有利储层,综合地球物理勘查方法是查明深部构造与碳酸盐岩热储特征地层结构的有效途径。本文针对深部碳酸盐岩热储勘查目标,提出了“面—线—点”分层次渐进式地球物理探测模式,先利用高精度重力和航磁资料研究碳酸盐岩分布范围及地层厚度、深大断裂分布、基岩起伏等信息,然后利用大地电磁开展热储地层低阻异常特征分析,再利用二维地震剖面精细刻画热储地层,分析地热田异常区速度结构和区域构造特征。根据重力、航磁、大地电磁、地震等地球物理方法在地热资源勘查的不同阶段勘探的精度及可靠性,以及施工成本、施工效率等因素,开展了地球物理方法探测深部岩溶热储经济适用性分析,并建议在碳酸盐岩地热勘探采用“重力+磁法+大地电磁”的地球物理勘探技术组合方式。     

雄安新区地上地下工程建设适宜性一体化评价

为支撑雄安新区总体规划编制,2017年6月至8月,中国地质调查局在雄安新区组织实施了大规模工程地质勘察工作。以典型示范区为例,探索了地上地下工程建设适宜性一体化评价方法,并利用该方法对雄安新区全区进行了评价。结果显示:雄安新区建设场地稳定性较好,稳定场地和基本稳定场地占89.5%;雄安新区工程建设适宜性好,全区均适宜或较适宜工程建设,平均深度15~20 m、35~45 m、55~70 m的3段地层土体承载力普遍较高,可优先作为多层、高层、超高层建筑物复合地基或桩基的桩端持力层;雄安新区起步区地下空间开发利用条件优越,建议将70 m以浅地下空间分3层进行规模化开发利用,充分开发利用30 m以浅的浅层地下空间,适度开发利用30~50 m次深层地下空间,超前规划利用50~70 m深层地下空间;建议加强地下空间开发与浅层地热能开发利用的统筹协调。局部存在地面沉降、地裂缝、砂土液化、软弱土等不良工程地质问题,在控制性详细规划和岩土工程勘察中应加以重视。     

页岩气地质调查井浙桐地1井钻探施工技术

浙桐地1井是部署在浙江省桐庐县百江镇境内的一口页岩气地质调查井。该井旨在通过钻取地层岩心及测录井等工作方法探索下扬子地区页岩气新层系奥陶系胡乐组、宁国组泥页岩含气性。文章详细介绍了该井基本情况、钻探施工工艺以及孔斜超标处理方法。在孔深140 m时孔斜严重超标达9.3°,水泥封孔重钻。项目组通过钻压、转速、泵量等钻进参数优化组合并采用底喷同心圆尖齿组合型钻头,克服了地层强造斜性引起的易井斜问题,完钻后测得最大井斜5.5°,符合设计要求。     

雄安新区高阳地热田蓟县系热储特征及资源量评估

雄安新区高阳低凸起区钻获华北盆地温度和产能最高的地热井, 揭示雄安新区3000 m以深存在地热开发的第二空间——蓟县系碳酸盐岩热储。高阳低凸起区深部碳酸盐热储规模化开发在服务雄安新区生态文明建设和清洁供暖方面具有重要的意义。本文建立雄安新区范围高阳低凸起热储空间结构, 初步查明了地热田雄安新区范围5000 m深度内的热储分布和性质。结果表明雄安新区高阳地热田深部主要为碳酸盐热储包括蓟县系雾迷山组、高于庄组。蓟县系雾迷山组顶界埋深3000～3500 ｍ, 厚度300～1000 ｍ, 热储温度100～120 ℃, 出水量90～170 m3 /h, 具有温度高、水量大、热储易于回灌的特点; 高于庄组热储顶深3500～4200 m, 一般厚度不低于800 m, 热储温度一般在110~140 ℃, 出水量50~100 m3/h, 可作为新区的后备资源。文章分析了深部碳酸盐热储空间结构, 整个地热田分为三段, 由西向东分别为西部凹陷区、中央隆起区、东部斜坡区。西部凹陷区西向东逐渐覆盖了寒武系、石炭二叠系; 中央隆起区造上为雁翎潜山; 东部斜坡区雾迷山组上部为古近系地层覆盖。本文通过热储法计算了雄安新区高阳地热田蓟县系热储年地热可采资源量折合标准煤86.72万t; 数值法模拟了水位下降不低于150 m, 开采井温度下降小于２ ℃条件下, 蓟县系热储年地热可采资源量折合标准煤89.86万t 热储法与数值法结果相近, 评价结果可为高阳地热资源规划开发提供参考。     

太行山-雄安新区蓟县系含水层水文地球化学特征及意义

雄安新区蓟县系雾迷山组热储层中具有丰富的中低温地热资源,研究其地热流体水文地球化学特征可分析地热资源的形成机制,对推动雄安新区深部地热资源有效开发利用具有重要意义.太行山区雾迷山组为基岩裸露区,雄安新区雾迷山组基底埋藏较深,两个系统的地热流体经历不同的水岩相互作用,导致水化学特征有一定差异.通过对保定以西太行山区-雄安...     

雄安新区地温场特征及其控制因素

雄安新区地热资源丰富,本文通过对地热井资料的收集分析,并对单井地温梯度值进行计算,结合区域资料,编制本区盖层地温梯度等值线图,并分析了地温梯度值纵横向变化规律及影响因素。本区地温梯度值基本上都在3.0℃/100m以上,局部达到6.0℃/100m;平面上,地温梯度值总体特征是北高南低、中间高两侧低的特点;纵向上,盖层地温梯度值高,热储层内部地温梯度值低;其地温场的变化主要受地质构造、地层岩性、盖层、水文地质条件等因素控制,其中由于地质构造的影响,加上岩石热导率之间的差异,造成来自地幔的热量向上传递过程中重新分配,向背斜核部集中,导致盖层局部地温梯度值高。     

雄安新区城市地下空间探测技术研究

近年来随着我国城镇化进程的加快推进,对城市地下空间开发利用的需求愈发迫切,城市地下空间探测技术也取得了较大发展,但对特定区域的探测技术方法仍存在适用性问题,尤其是0–200 m地下空间结构精细划分和异常识别.本文基于雄安新区工程地质钻孔物性资料统计分析,建立了雄安新区地下空间地层物性柱子,指导地球物理数据解释.结合实际地球物理探测结果,对地球物理探测技术解决问题的能力和分辨率进行了分析、评价,并基于评价结果建立了适用于雄安新区地下空间结构精细成像的探测技术体系.     

雄安新区地热资源潜力评价

分析地热资源的形成、准确评估地热资源量是实现雄安新区地热资源可持续开发利用、推进碳中和的重要途径之一.本文通过研究雄安新区26口地热勘探井及水质分析、试采试验等数据,对地热田内馆陶组、寒武系、蓟县系雾迷山组、高于庄组热储的空间分布范围及热储特征进行了分析,采用可采系数法和采灌均衡法评价了雄安新区地热资源量.结果表明,采灌均衡法计算的可采资源量和热量远大于开采系数法.采灌均衡法更贴近实际开发条件,且可靠性经过了比拟法验证.采灌均衡条件下全区地热流体可开采资源量为401.77×10⁶ m³/a,地热流体可开采热量为1 013.2×10¹⁴ J/a,折合标准煤346.99×10⁴ t/a.以上研究可优化新区地热资源区划,推动“碳达峰、碳中和”目标实现.     

雄安新区容城地热田碳酸盐岩热储采灌数值模拟

采灌均衡是水热型地热资源可持续开发利用的有效模式。为了模拟不同采灌情景下热储的温度与压力响应,为地热资源可持续开发提供理论支撑,本文采用数值模拟技术建立了雄安新区容城地热田蓟县系碳酸盐岩热储的数学模型。首先利用COMSOL软件对300 km²区域内已有地热井的开采数据进行了数值模拟,模拟结果与监测数据吻合较好。然后在此基础上,对单井开采模式下蓟县系热储未来50 a内温度场和压力场变化趋势进行了预测;并针对热储水位下降趋势制定了回灌方案,分析了不同井间距对热储温度场和压力场的影响程度。结果表明：无回灌开采模式下,在40 a左右,水位埋深降低至150 m,每年水位下降约1.13 m;采用“一采一灌”方案的对井系统,在井间距分别为600、800和1 000 m 3种情况下,增大井间距虽然减少了布置的对井数量,但是延长了热突破时间,增加了开采量,从而可以开采更多的热量。在实际工程中应通过数值模拟方法优化对井间距,保证开采量的增加同时延长热突破时间,以开采更多的热量。