碳酸盐岩热储对湖水回灌的响应

回灌式开采是目前普遍提倡的保持热储压力、减缓水位下降、实现地热资源可持续开发利用的有效手段之一。外源水回灌是近年来探讨的新思路,是易于回灌的碳酸盐岩储层的优选方案。本文针对天津东丽湖地区蓟县系雾迷山组白云岩热储,通过开展储层条件下水-岩相互作用实验,探讨了未处理湖水回灌的可行性和热储层的地球化学响应。结果表明,未经处理湖水回灌后,其TDS显著降低,说明发生了沉淀,经计算沉淀量为142.6 mg·L-1,相当于矿物质量增加了0.09%。反应初期阶段,斜长石发生溶解,释放出K、Ca、Na等碱金属和SiO₂等组分;导致溶液中白云石、方解石和钾长石过饱和而沉淀析出;随着反应进行,不全等溶解沉淀作用使部分白云石发生溶解,而方解石持续沉淀;伊利石是反应过程中形成的主要黏土矿物,其对储层结构的影响取决于其形状。基于现有实验结果,认为未处理湖水直接回灌对白云岩热储的影响较小,不会破坏储层结构     

天津地区雾迷山组热储数值模拟研究

以天津地区雾迷山组热储为例,利用TOUGH2.0数值模拟软件建立了地热流体的数值模型,并利用2014年11月至2015年10月的水位动态资料进行了模型的验证,达到较为理想的拟合结果.在此基础上,对天津地区雾迷山组热储压力场变化趋势进行了预测,在保持现有开采方式的条件下,三个方案年均水位降幅压力分别为0.038 MPa、0.042 MPa、0.023 MPa.说明了地热资源开发利用可采热流体资源量的大小,与实际开采量的大小关系不大,与回灌量的大小有更为直观的联系.所以要想增大热储层流体开采量,必须先解决热储层回灌问题.     

北京地区雾迷山组地热储层微观孔隙结构及孔渗特征

以北京地区中元古界蓟县系雾迷山组碳酸盐岩地热储层为研究对象,通过扫描电镜(SEM)和薄片鉴定,划分了样品微观孔隙类型,借助MATLAB图像处理技术,定量化表征微裂缝密度和尺寸发育特征; 联合毛管力测试与低温液氮吸附实验,定量化雾迷山组白云岩微-介-宏孔体积分布; 分析宏观孔渗测试结果,认为微裂缝越发育、透气孔越多、孔喉均质性越好,孔渗越大的微观-宏观作用规律,并拟合了孔渗经验关系式; 建立了基于测井资料划分有利开发层段的方法。雾迷山组白云岩基质孔隙连通性较差,微裂隙与溶蚀孔洞提供了主要渗流通道; 整体孔隙分布频率随孔径整体呈正态分布,最可能几率孔径分布于50~60 nm。研究成果可为华北地区雾迷山组地热资源开发提供基础数据支撑。     

容城地热田雾迷山组碳酸盐岩热储层裂缝主控因素及成因机制

容城地热田雾迷山组是华北地区典型的低孔隙度碳酸盐岩热储层,也是地热流体勘探的主要目标。裂缝对研究区地热流体的富集和产能有重要影响。本文通过对研究区岩心、薄片和成像测井等资料的分析,确定了裂缝的发育特征、控制因素和形成期次。结果表明容城地热田雾迷山组碳酸盐岩热储层裂缝多为未充填的高角度斜交缝,11.8%的裂缝被方解石和石英脉充填。裂缝开度主要集中在0~2 mm,靠近断裂的D19井开度最大（均值为3.65 mm）,孔隙度也最大（均值为0.752 3%）,裂缝孔隙度随开度的增大线性增加。裂缝在断裂附近或者构造应力场较大的区域更为发育,受构造作用影响最明显。在同一构造环境和应力场下,岩性是控制研究区裂缝发育的主导因素。容城地热田雾迷山组碳酸盐岩热储层裂缝大致分为3组,印支期形成的NNE-SSW与NW-SE向“X”型共轭剪裂缝,燕山晚期形成的NEE-SWW向剪裂缝,以及喜马拉雅期形成的近E-W向张裂缝。

     

雄安新区地层及主要热储空间结构特征与地热水资源潜力

雄安新区中深层白云岩热储地热资源丰富,为了提高对该区主要热储白云岩热储特征及地热水资源潜力的认识程度,指导新区中深层白云岩热储地热水资源的规模化开发,基于钻井、地震、地质等资料,研究了该区白云岩热储的地层空间分布、构造特征、储集空间特征和主建设区白云岩热储地热水资源潜力。研究表明：雄安新区主要热储雾迷山组、高于庄组除在断裂面部分地区外基本全区分布;雾迷山组埋深在容城凸起、牛驼镇凸起相对较浅,在高阳低凸起相对较深;高于庄组有类似的分布特征,总体埋深更深,温度更高;其它地层除第四系、新近系明化镇组外分布都比较局限;区内发育众多以NNE向为主的正断层,与少数其它方向断裂交会,将深部地热通过流体传输到浅部,并造就断裂两侧大量的裂缝和控制岩溶发育方向及规模,形成众多溶蚀孔洞;同时构造演化中雾迷山组古地貌中高地貌部分,在喜山期大多剥蚀与新生界形成不整合面,共同构成本区重要的输导通道和储集空间,岩溶孔洞和裂缝结合型复合空间是本区雾迷山组主要热储空间,单独的裂缝、孔洞是次要热储空间,大型溶洞一旦发育往往是主力产水层;新区主建设区顶面在5000 m（底部埋深可达6000 m）及以浅的白云岩岩溶裂缝热储地热水资源,按100年采用总热水储量的50%及500 m井距“三采两灌”原则单井产量110 m³/h计,最适宜生产井布井数目233口,主建设区现阶段可满足每年4787×10⁴ m²的供暖面积,占实际需求的30.1%。结论认为：雾迷山组埋深较浅,在当前经济技术条件下目前是主力热储,高于庄组埋深较深是最重要的备用热储,今后20年内会被大规模开发利用,但即便现在同时开发它们也不能满足雄安新区主建设区的清洁能源需求,需要发展“多能互补”系统,域外的过剩地热资源能否向域内目标区集输受经济成本和环境成本风险制约。

     

天津市南部平原区雾迷山组热储岩溶裂隙发育规律

蓟县系雾迷山组是天津主力开发的热储层位,对这套地层的研究主要集中在热储层温度场、动力场、水化学场和地表水回灌等方面,在热储岩溶裂隙方面的研究较少。通过对天津市138眼雾迷山组地热井的完井和测井资料进行对比分析,统计了不同构造单元雾迷山组一、二类裂缝发育,热储顶板埋深,地热井单位涌水量和上覆不同地层的情况,总结了其岩溶裂隙发育规律。结果表明: 雾迷山组岩溶裂隙较发育,漏失部位距热储顶板埋深距离集中在100 m以浅; 热储顶部岩溶发育,裂隙发育受上覆不同地层的影响不大,裂隙发育与该层顶板埋深的相关性不明显,但整体上有裂隙发育随顶板埋深加大而略有减小的趋势; 地热井的单位涌水量随裂隙发育程度的增大而变大; 热储裂隙比集中在0.1~0.4,受构造影响,在张性断裂构造带、断裂交汇和背斜轴部热储构造裂隙较发育。研究结果可为天津市雾迷山组地热的有效开发利用与地热钻探提供参考。     

雄安新区蓟县系雾迷山组岩溶热储特征、主控因素及有利区预测

雄安新区蓟县系雾迷山组中赋存丰富的地热资源,研究雾迷山组岩溶热储特征及优质储集层发育的主控因素是地热资源勘探的基础。综合运用野外剖面、岩心、薄片、钻井、测井、录井等地质与地球物理资料,对雾迷山组岩溶热储特征和演化过程进行了深入研究,明确了优质储集层形成的控制因素,预测了有利靶区。结果表明,雾迷山组岩溶热储主要岩性为晶粒白云岩、颗粒白云岩、微生物白云岩、硅质白云岩和角砾白云岩等,溶蚀孔洞、裂缝及其组合为主要的储集空间类型。雾迷山组热储平均孔隙度为3. 18%,平均渗透率为91. 48×10-3μm2;其中角砾白云岩物性最好。雾迷山组岩溶热储经历了沉积—准同生期成孔(雾迷山沉积期)、Ⅰ期表生增孔(雾迷山沉积期后至青白口纪前)、Ⅰ期埋藏减孔(青白口纪前至三叠纪)、Ⅱ期表生增孔(三叠纪—古近纪)、Ⅱ期埋藏减孔(新近纪—第四纪) 5个阶段,岩性及岩相、成岩作用和构造应力是雾迷山组有利热储形成的主控因素。藻云坪—云坪相、表生岩溶、埋藏溶蚀、准同生岩溶、岩溶高地—斜坡和地层裂缝段比率大于0. 4的6项叠合区是研究区最有利的岩溶热储发育区。     

任丘油田雾迷山组白云岩储集层的渗透性试验研究

运用815.02型电液伺服岩石力学试验系统对任丘油田雾迷山组18块白云岩岩芯的渗透性进行了测试.结果表明,溶蚀孔洞型中-亮晶藻屑白云岩和角砾岩,初始和峰值渗透率均较高(分别为143.10×10-7-206.00×10-7Darcy和386.80×10-7-790.00×10-7Darcy),而且破坏强度较低(35.8MPa-55.3MPa);裂隙型白云岩初始渗透率为1.48×10-7-23.40×10-7Darcy,峰值渗透率32.13×10-7-202.10×10-7Darcy;泥质白云岩和硅质白云岩,岩性致密,初始渗透率几乎为零,峰值渗透率66.00×10-7-152.20×10-7Darcy,而且其破坏强度最高可达107.50MPa.同时运用Amray 1000B型电子扫描显微镜和9310型微孔结构分析仪研究了空隙发育对渗透性的影响.     

献县地热田碳酸盐岩热储示踪试验与模拟

地热回灌过程中开采井热突破预测等理论模型方面的研究尚不完善。本文在献县地热田开展了对井回灌示踪试验,并运用Comsol Multiphysics建模软件进行了参数反演,应用该理论框架进行了示踪试验数据的定量解释及开采井热突破预测。结果表明,示踪剂回收率偏低,为0.022 5%,采灌井存在1条优势通道,通道长度约为513.7m,总体表现为采灌井之间的水力联系较差。本文应用模型进行了参数反分析,计算得到拟合优度R²=0.790 7>0.6,说明此优化结果与测量值有较强的相关性,拟合程度好。连续开采100 a,不会发生热突破现象。     

酸化压裂方法在碳酸盐岩热储层中的应用

针对天津市碳酸盐岩热储层由于堵塞等原因导致渗透性减弱的情况,探讨了酸化压裂方法对该热储层地热井产能和回灌能力的增强作用,并结合工程实例对酸压技术原理、适用条件、技术要点及增产回灌实际效果等几个方面进行介绍。提出针对适合的碳酸盐岩热储层,选用合理的酸化压裂工艺进行处理,从选择酸压段、室内实验研究、前置液设计、酸液种类选择及排酸等多方面进行控制,可以有效增加地热井产能和回灌能力,促进地热资源的可持续利用。     

雄安新区蓟县系雾迷山组岩溶热储特征、主控因素及有利区预测*

雄安新区蓟县系雾迷山组中赋存丰富的地热资源,研究雾迷山组岩溶热储特征及优质储集层发育的主控因素是地热资源勘探的基础。综合运用野外剖面、岩心、薄片、钻井、测井、录井等地质与地球物理资料,对雾迷山组岩溶热储特征和演化过程进行了深入研究,明确了优质储集层形成的控制因素,预测了有利靶区。结果表明,雾迷山组岩溶热储主要岩性为晶粒白云岩、颗粒白云岩、微生物白云岩、硅质白云岩和角砾白云岩等,溶蚀孔洞、裂缝及其组合为主要的储集空间类型。雾迷山组热储平均孔隙度为3.18%,平均渗透率为91.48×10^-3 μm²;其中角砾白云岩物性最好。雾迷山组岩溶热储经历了沉积—准同生期成孔(雾迷山沉积期)、Ⅰ期表生增孔(雾迷山沉积期后至青白口纪前)、Ⅰ期埋藏减孔(青白口纪前至三叠纪)、Ⅱ期表生增孔(三叠纪—古近纪)、Ⅱ期埋藏减孔(新近纪—第四纪)5个阶段,岩性及岩相、成岩作用和构造应力是雾迷山组有利热储形成的主控因素。藻云坪—云坪相、表生岩溶、埋藏溶蚀、准同生岩溶、岩溶高地—斜坡和地层裂缝段比率大于0.4的6项叠合区是研究区最有利的岩溶热储发育区。     

雄安新区雾迷山组岩溶热储成储机制及发育模式

雄安新区雾迷山组地热资源丰富,研究其岩溶热储特征及其形成机理对于雄安新区清洁地热资源的开发利用具有重要的理论意义和实用价值。前人已经对该区雾迷山组油气储集层的分布、古岩溶、成岩作用、储集空间等特征做过一定的研究,但对于该区雾迷山组地热资源的成储机制、特别是3期岩溶等成岩特征尚缺乏系统性的研究。充分利用野外露头、岩心、薄片和测录井等地质及地球物理资料,并结合区域地质背景的分析,对雄安新区雾迷山组的岩石学特征、成岩作用、岩溶热储的成储机制进行了深入研究,并建立了雄安新区雾迷山组岩溶热储的发育模式。结果表明：(1)雄安新区雾迷山组主要岩性为白云岩,主要的储集空间为次生孔隙和构造缝—构造溶蚀缝,热储孔渗变化较大;(2)雄安新区最主要的建设性成岩作用是3种溶蚀作用,包括同生—准同生溶蚀、表生溶蚀和埋藏溶蚀,主要破坏性成岩作用是压实作用和胶结作用;(3)根据构造演化、岩心及测井资料,将表生溶蚀作用划分为3期,分别是芹峪期、印支期和燕山—喜山期。芹峪期雾迷山组局部出露遭受淋滤,形成的溶孔经后期改造后不易识别;印支期大部分区域抬升并遭受淋滤,形成高孔渗储集层,后期遭受了进一步改造;燕山—喜山期是雄安新...     

雄安新区雾迷山组岩溶热储特征与有利区

为了深化对雄安新区中深层地热资源的规模化开发利用,以露头、岩心、薄片、钻井资料与地震测线解释成果为基础,分析雄安新区中元古界蓟县系雾迷山组热储岩石学和储集空间特征,研究了雾迷山组热储沉积相模式、岩相古地理和孔隙度、渗透率分布特征;结合构造演化和热储成岩作用类型,分析雾迷山组热储岩溶发育期次、岩溶作用、岩溶古地貌分布特征,针对岩溶主要发育层,厘清控制因素,明确雄安新区雾迷山组岩溶热储特征;综合上述特征,结合雄安新区地温梯度、断裂分布及水动力等因素,优选出该区雾迷山组岩溶热储有利勘探靶区。研究结果表明：雄安新区蓟县系雾迷山组热储有利岩性主要为叠层石白云岩、藻凝块白云岩、颗粒白云岩,藻云坪微相、滩微相易发育各类溶蚀作用,云坪易发育裂缝,储集空间类型为孔隙、溶洞和裂缝3大系统。岩溶作用类型可分为同生—准同生岩溶、表生岩溶和埋藏岩溶,自雾迷山组沉积后主要发育于芹峪期、印支期和燕山期的表生岩溶和晚喜山期的埋藏溶蚀,对雾迷山组储层有着建设性作用,燕山—早喜马拉雅期对岩溶热储的形成演化起决定作用;同期主要伴随3期高角度裂缝发育,这些高角度缝增加了储集空间与输导体系,促进期后的相关溶蚀作用;裂缝在白云岩中最发育, 灰质云岩次之,泥质云岩最不发育。孔隙度和渗透率区域上分布有3个高值区。岩溶古地貌在印支期前北低南高,在印支期及以后,地貌北高南低,北部岩溶作用强烈,南部次高地也发育岩溶带。溶蚀相为最有利的成岩相区,溶蚀—泥质充填相为较有利的成岩相区。研究区雾迷山组岩溶储集层分布主要受岩性（包括组分、结构、厚度）、成岩相带、构造（包括断裂、裂缝、不整合面）和古地貌等方面因素的控制,地热勘探最有利靶区位于大王镇西部及南部、容城—八于、雄县—赵北口镇西部、大营镇、高深1井—高阳等区带。     

大地电磁测深法在冀中坳陷深部碳酸盐岩热储调查评价中的应用

地热资源作为一种清洁能源,在“双碳”背景下,其开发和利用越来越受到重视。为了探查渤海湾盆地的冀中坳陷深部碳酸盐岩的热储条件,笔者等利用3条大地电磁测深剖面,进行了数据处理、分析和反演,获得可靠的二维电阻率模型和电阻率等深度平面图。分析研究区深部电性结构特征及主要断裂构造特征,同时根据基底隆起形成的高阻异常对深部碳酸盐岩分布和埋深进行了推断,并对冀中坳陷深部碳酸盐岩热储进行评价,以圈定地热异常远景区。分析认为：① 研究区电性结构可以被划分为5层,其中第5电性层为高阻标志层,对应深部碳酸盐岩基底;② 据此圈定了3类深部地热远景区：基岩埋深小于4000 m,如高阳低凸起地热远景区、黑龙口低凸起地热远景区（徐水凹陷）和河间潜山地热远景区（饶阳凹陷）,基岩埋深4000~5000 m,如雁翎潜山地热远景区（霸县凹陷）,基岩埋深5000~5500 m,如肃宁潜山地热远景区和留路潜山地热远景区;③ 大地电磁测深方法适用于冀中坳陷深部碳酸盐岩热储远景区的探查。深部热储远景区的圈定,可为后期的地热资源评价和开发利用建立基础。     

天津地区深部蓟县系雾迷山组热储岩溶非均一性特征研究

天津地区蓟县系雾迷山组热储层岩性以碳酸盐岩为主,是天津地区目前开采层最深、开采强度最大、流体温度最高的主力开采层。钻遇该层的所有地热井均能开采出地热流体,反映了该热储层在区域上具有相对均一的发育特征。但通过钻探、井下物探及流体特征分析发现,因岩性不同、结构差异以及外部条件的变化,如溶蚀、构造、风化等多种因素对岩石裂隙改造的程度不同,导致不同构造部位、不同埋深的岩溶发育特征有较大差异,从而将岩溶分为裂隙型和裂隙孔隙型两大类。了解和掌握雾迷山组热储层深部岩溶发育特征,对天津地区地热资源勘查、开发和评价都具有十分重要的意义。     

燕山冀北凹陷雾迷山组沉积相研究

在收集前人及野外采集资料基础上,利用薄片鉴定、岩石密度分析,对冀北坳陷中新元古界雾迷山组的岩石类型与特征、沉积相标志、剖面相研究了其沉积相类型。结果认为研究区属于典型的陆表海碳酸盐台地沉积环境,根据岩性及叠层石特征可细分为潮下、潮间和潮上带。其中一、二段由近35个小型韵律层组成了一个完整的由海侵到海退的沉积序列,具有自潮下至潮间再至潮上的潮坪相为主的沉积样式,为典型的雾迷山韵律沉积。第三段小型叠层石只见于三段的下部,而从第12层开始出现大型叠层石。第四段灰质白云岩中含沥青质块体,层理一般平直,或微波状,有时可见斜层理和波痕,为潮间带一潮下带沉积。     

雄安新区深部岩溶热储探测与高产能地热井参数研究

河北雄安新区地热资源条件优越,以往的勘查开发层位主要在1 800 m以浅,探测深部岩溶热储,寻找高品质地热资源是支撑服务新区规划建设的迫切需要。本文以位于容城—牛驼镇地热田中南部的D18孔为依托,阐明了3 500 m深度的岩溶热储探测方法、重要发现和主要参数。主要结论为:(1)容城—牛驼镇地热田中南部地质构造复杂,是地热资源勘查开发的有利目标区,深部岩溶热储由蓟县系雾迷山组含燧石条带、巨厚叠层石白云岩组成;(2)D18孔在2 120~3 500 m深度共发育115个岩溶裂隙带,岩溶裂隙总厚度353 m,孔隙率3.44%~39.8%,其中2 120~2 300 m为主要出水层,平均孔隙率12.9%;(3)D18孔孔口水温93.1℃,孔内实测最高温度95.05℃,温度峰值出现在高孔隙率发育的2 120~2 300 m孔段,推测由深部热对流机制造成;(4)D18孔抽水试验曲线具有水-汽二相混合特征,完井抽水流量140 m3/h,单井供暖潜力达20万m2,为目前发现的雄安新区范围内产能最大地热井。     

天津市蓟县系雾迷山组热储层水位动态变化及趋势预测研究

通过对天津市蓟县系雾迷山组热储层地下水位动态规律的分析,利用LUMPFIT软件预测了在不同开采量下未来水位的变化规律。结果表明,水位呈逐年下降的趋势,但由于回灌量的增加,水位下降速率明显减小。     

碳酸盐岩热储抽灌井光纤测温及地温变化研究

碳酸盐岩热储层具有地热资源丰富、开采条件好、单井涌水量大等特点,是中深层地热资源开发利用的主要热储层之一。在地热长期开采、尾水回灌过程中,既要保持抽灌井之间的水力联系,又要避免热突破的发生,对抽灌井热储层温度长期监测和热源分析计算,是地热资源可持续开发利用的重要课题。文章介绍了抽灌井分布式光纤测温技术,监测了碳酸盐岩热储抽水回灌对地温的影响,根据监测数据分析、计算了热储温度恢复的热源及热量。研究结果表明：受抽灌井间距较小和碳酸盐岩热储优势通道的影响,供暖后第6天,抽水井热储温度明显下降,平均降幅1.6℃,抽灌井产生了热突破;因长期大量低温尾水回灌,第二个供暖季之前回灌井热储温度未能恢复到初始温度,抽水井温度基本恢复;经分析计算,储层热量恢复的主要来源为地热水对流聚热,其次为高温储层、地热水传导聚热。基于该研究结果,在大规模回灌条件下,回灌井温度降低,抽灌井发生热突破是必然的发展趋势,深入开展抽灌井合理井距研究、防止短时间内发生热突破,对促进地热资源可持续开发利用是非常必要的。     

北京延庆北部地区地下热水资源研究

本区地下热水井资料表明,震旦亚界蓟县系雾迷山组白云岩类岩溶裂隙含水层,是本区地下热水的主要储层,而巨厚的(1200m)上第三系天竺组红色粘土类和第四系泥质沉积物构成了本区地热的良好盖层。太古界以来构造运动以及伴随的岩浆活动而形成的诸多岩体,是本区地下水的热源供体,与之有关的断裂与构造也是本区寻找地下热水的有利部位。