地热资源储量计算与评价.docx

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地热资源储量计算与评价

地热资源储量计算与评价

第一节计算原则

1、地热资源/储量的计算，应分别计算热储中的地热储量（J）、储存的地热流体量（m3）、地热流体可开采量（m3/d或m3/a）及其可利用的热能量（MWt）。

2、地热资源/储量计算，应以地热地质勘查资料为依据,在综合分析热储的空间分布、边界条件和渗透特征,研究地热流体的补给和运移规律,研究地热的成因、热传导方式、地温场特征,并建立地热系统概念模型的基础上进行。

3、计算方法或计算模型应符合实际,模型的建立与计算方法的采用,应随勘查工作程度的提高,依据新的勘查和动态监测资料进行更新和改进。

第二节计算参数的确定

地热资源/储量计算参数应尽可能通过试验和测试取得。

对难于通过测试得到的参数或勘查工作程度较低时,可采用经验值。

应取得下列参数:

一、地热井参数:

1、参数类型：

地热井位置、深度、揭露热储厚度、生产能力、温度、水头压力、流体化学成份等。

2、获取方法：

均采用测量、试验、测试获取实测数据。

二、热储几何参数

1、参数类型：

热储面积、顶板深度、底板深度和热储厚度等。

2、获取方法：

（1）顶板深度、底板深度和热储厚应利用钻孔勘探资料，并依据地面物探资料，考虑地热田内热储厚度变化特征取平均值或分区给出。

（2）热储面积：

带状热储的面积一般按地热异常区或同一深度地热等温线所圈定的范围确定；层状热储的面积依据地热田的构造边界和同一深度的地温等值线所圈定的范围确定。

如果工作任务仅涉及地热田的部分范围，应按勘查工作控制的实际面积计算。

如果地热田分布面积，应将各地热分区、地热田及地热异常区范围线、热储温度等值线和热储厚度等值线计算机数字化，通过计算机计算各分区的面积。

若进行区域评价时，新近系与白垩系热储面积，为热储温度大于40℃的区域；基岩热储面积，按其埋深4000m以浅分布面积计算。

三、热储物理性质

1、参数类型：

热储温度、水头压力、岩石的密度、比热、热导率和压缩系数等。

据此，可以取得热储不同部位的温度分布情况。

2、获取方法：

（1）热储温度：

应尽量选用井温测量的实测数据。

热储温度由实测井口水温和新生界地温梯度推算确定。

热储温度计算公式：

=T

+

式中：

—热储中部温度，℃；

T

—多年平均气温，℃；

—地温梯度，℃/100m；

H

—恒温带深度，m；

H

——热储顶板埋深，m；

H

—热储底板埋深，m。

新近系热储温度根据地温梯度公式求得，基岩热储温度按照新近系计算方法先求得基岩顶面热储温度，再利用基岩地温梯度求得基岩顶面值热储中部深度的热储温度，然后二者相加，即为基岩热储中部温度。

在调查阶段或没有地热勘探井的情况下，可以通过地温梯度推测热储的温度，也可以用地球化学温标计算热储温度。

此阶段圈定热储体积时，一般来说热储盖层的，平均地温不小于3℃/100m，或1000m深度以下获得的地热流体温度不低于40℃，也就是说1000m以浅平均地温小于3℃/100m不作为热储加以计算。

实际计算时可根据将来地热流体用途确定热储体积。

（2）水头压力：

应通过地热井的试井资料取得热储的压力。

一般情况下，静水位埋深的修正，修正可采用如下方法：

a.公式计算法：

水位校正（换算到热储层平均温度），可用公式（3－1）进行校正。

h=H-

（3－1）

式中：

h——校正后水位埋深（m）；

H——取水段中点的埋深（m）；

h1——观测水位埋深（m）；

h0——基点高度（m）；

ρ平——地热井内水柱平均密度（kg/m3）；

ρ高——热储最高温度对应密度（kg/m3）。

b.作图法

依据抽水试验时三次降深测得的动水头（hi）和出水量（QI）作图，反算热水静水位。

即曲线交于纵轴出水量为零时，便是热水静水位埋深。

此法简便、真实、实用。

c.粗略概推法

停泵后，立即观测恢复水位，由于热储层的高压力，动、势能量的转换，当水位恢复到最高点，即热水头高度。

此方法可为参考。

（3）岩石的密度、比热、热导率和压缩系数：

应综合考虑物探测井和岩样实验室测试结果。

在勘查程度较低时或没有进行测试时，可取经验值，其经验值具体见《地热资源地质勘查规范》GB/T11615—2010（表C.1）。

四、热流体性质

1、参数类型：

热流体单位质量的体积、比重、热焓、动力粘滞系数、运动粘滞系数和压缩系数等。

2、获取方法：

在地热流体的含盐量不大，且不含非凝气体时，这些参数可从《地热资源地质勘查规范》GB/T11615—2010表C.2查得或求得；否则需要适当修正。

五、热储渗透性和贮存流体能力的参数

1、参数类型：

渗透率、渗透系数、传导系数、弹性释水系数（贮存系数）、空隙率、有效空隙率等。

2、获取方法：

（1）渗透率、渗透系数、传导系数、弹性释水系数（贮存系数）：

通过单孔或多孔试井资料求得。

一般来说，渗透率小于0.05/μm2的岩体不应作为热储加以计算。

渗透系数、传导系数、弹性释水系数（贮存系数）采用常规的稳定流与非稳定流抽水求参方法进行。

复杂条件下热储水文地质参数的计算，如抽水影响受到不同水文地质边界影响时，则选则符合水文地质条件的公式进行计算，（参见《供水水文地质手册》第二册）。

或按边界水力性质设置虚井按势叠加原理进行计算。

（2）渗透率、空隙率和有效空隙率：

空隙率可以通过实验室测定，也可通过地球物理测井数据估算。

有效空隙率可以通过试井资料计算。

六、其他参数：

1、利用监测资料可获取地热井的生产量、温度、水头压力、化学成份随时间的变化的数据。

2、利用地热勘探井资料与地面物探等资料获取热储的边界条件，如边界的位置、热力学和流体动力学特征等。

地热井动态监测资料与热储的边界条件也是地热资源/储量计算必须的的参数。

第三节地热资源/储量计算方法

一、地热资源/储量计算的基本要求

地热资源/储量计算应建立在地热田概念模型的基础上,根据地热地质条件和研究程度的不同,选择相应的方法进行。

概念模型应能反映地热田的热源、储层和盖层、储层的渗透性、内外部边界条件、地热流体的补给、运移等特征。

依据地热田的地热地质条件、勘查开发利用程度、地热动态,确定地热储量及不同勘查程度地热流体可开采量。

表3—1地热资源/储量查明程度

类别

验证的

探明的

控制的

推断的

单泉

多年动态资料

年动态资料

调查实测资料

文献资料

单井

多年动态预测值

产能测试内插值

实际产能测试

试验资料外推

地

热

田

钻井控制程度

满足开采阶段要求

满足可行性阶段要求

满足预可行性阶段要求

其他目的勘查孔

开采程度

全面开采

多井开采

个别井开采

自然排泄

动态监测

5年以上

不少于1年

短期监测或偶测值

偶测值

计算参数依据

勘查测试、多年开采与多年动态

多井勘查测试及经验值

个别井勘查、物探推测和经验值

理论推断和经验值

计算方法

数值法、统计分析法等

解析法、比拟法等、

热储法、比拟法、热排量统计法等

热储法及理论推断

二、地热资源/储量计算方法

地热资源/储量计算重点是地热流体可开采量（包括可利用的热能量）。

计算方法依据地热地质条件及地热田勘查研究程度的不同进行选择。

预可行性勘查阶段可采用地表热流量法、热储法、比拟法；可行性勘查阶段除采用热储法及比拟法外,还可依据部分地热井试验资料采用解析法；开采阶段应依据勘查、开发及监测资料,采用统计分析法、热储法或数值法等计算。

（一）地表热流量法

地表热流量法是根据地热田地表散发的热量估算地热资源量。

该方法宜在勘查程度低、无法用热储法计算地热资源的情况下，且有温热泉等散发热量时使用。

通过岩石传导散发到空气中的热量可以依据大地热流值的测定来估算，温泉和热泉散发的热量可根据泉的流量和温度进行估算。

（二）热储法

主要用于计算热储中储存的热量和地热水储存量，估计热田地热资源的潜力。

1、适用条件：

热储温度有少量地热井控制的，地热异常范围大致能确定的地热田。

热储法又称体积法，不但适用于非火山型地热资源量的计算，也适用于与近期火山活动有关的地热资源计算；不仅适用于孔隙型热储，也适用于裂隙型热储。

是一种常用的方法。

2、计算步骤与一些计算参数的确定原则

（1）应首先确定地热田的面积（或计算区范围）

地热田的面积最好依据热储的温度划定，在勘查程度比较低，对热储温度的分布不清楚时，可以采用浅层温度异常范围、地温梯度异常范围大致圈定地热田的范围，也可以采用地球物理勘探方法圈定地热田的范围。

（2）确定地热田温度的下限标准和计算/评价的基准面深度

地热田温度的下限标准应根据当地的地热可能用途而定，或根据规划的利用方式来确定（我区现阶段一般按照地热资源温度分级温水温度最低界限25℃）。

计算/评价的下限深度一般是探采结合井控制的深度范围内。

（3）计算/评价范围确定之后，应根据热储的几何形状（顶板埋深、底板埋深和厚度）、温度、空隙度的空间变化，以及勘查程度的高低将计算/评价范围划分成若干个子区，为每个子区的各项参数分别赋值，然后计算出每个子区的热储存量、地热水储存量。

最后，把各子区的计算结果累加就得到了地热田（或计算区）的热储存量和地热水储存量。

（三）解析法

1、适用条件：

在勘查程度比较低，可用资料比较少时，可以采用解析法计算地热井或地热田的地热流体可开采量。

2、计算基本方法：

当热储可以概化为均质、各向同性、等厚、各处初始压力相等的无限（或存在直线边界）的承压含水层时，可以采用非稳定流泰斯公式计算单井的开采量、水位（压力）随开采时间的变化量，从而计算出在给定的压力允许降深下地热流体的可开采量，对单井的地热流体可开采量进行评价。

当地热田中有多个地热井时，可以采用叠加原理计算在给定压力允许下降值下地热流体可开采量。

该法主要借用浅部地下水稳定流和非稳定流计算方法，计算结果往往同实际出入较大。

建议根据当地的实际情况选用了其他地热资源计算方法。

（四）比拟法

比拟法又称类比法，即利用已知地热田的地热资源量来推算地热地质条件相似的地热田的地热资源量，或者用同一地热田内已知地热资源量的部分来推算其它部分的地热资源量。

类比必须是在地热的储藏、分布条件相似的两者之间进行的，否则类比的结果与实际情况可能会存在很大的差异。

（五）统计分析法

1、适用条件：

该方法适用于已开发利用的地热田，该结果通常比较接近实际。

2、计算方法

具有多年动态监测资料的地热田，可采用统计分析法建立的统计模型来预测地热田在定（变）量开采条件的压力（水位）变化趋势，并确定一定降深条件下的可开采量。

可采用的统计分析法包括相关分析、回归分析、时间序列分析等方法。

宜采用压力（水位）降低值和开采量之间建立的相关统计模型对地热田进行预测。

用于预测的模型应具有较高的相关系数，预测的时限不应超过实际监测资料的时段长度。

通常利用已有的动态观测资料，分析地热开采区内，地热水开采量与水位下降的关系，概略确定每下降1米的热水可采量，进而推测最大可能降深时的地热水可采资源量及可采年限，以此做为地热田地热资源评价的依据。

（六）数值模型法

在地热田的勘查程度比较高，并且具有一定时期的开采历史，具有比较齐全的监测资料时，应建立地热田的数值模拟模型，用以计算/评价地热储量，并作为地热田管理的工具。

一般适用于研究程度较高的地热田。

总之，一个地热田或地热勘查区的地热资源/储量计算,应采用两种以上的方法计算、比较和验证。

地热资源/储量具体计算方法要求,参见《地热资源地质勘查规范》（GB/T11615—2010）附录C、附录D。

三、地热流体可开采量确定

（一）地热流体可开采计算的基本原则

1、无开采历史的单个地热开采井可开采量确定

一般可依据地热井单井稳定流抽水试验资料绘制的Q=f（s）曲线，确定水流方程以内插法计算确定。

对于层状热储地热田，建议依据该井开采可能影响区内的可采热储存量与地热井开采期排放的总热量进行均衡验算确定。

根据这几年我区的勘查实践计算使用的压力降低值，一般不大于100m,最大不大于150m,年压力下降速率不大于2m。

2、有开采历史的井采地热田可开采量确定

对以井采为主并开采多年的地热田，应以统计法为主计算地热流体可开采量，以地热田内代表性监测井多年水头压力保持稳定或一定时限内可趋于稳定条件下的地热田开采总量，作为其可开采量。

对暂不能保持水头压力稳定的地热田，可以地热田内代表性监测井保持一定水头压力年降速条件下的地热田开采量作为一定时限内的可开采量。

3、对已实施地热回灌或采（灌）结合开发的地热田可开采量确定

可采用统计分析法、热储法或数值法计算其保持水头压力、热（量）均衡条件下的合理开采强度作为其可开采量。

4、对单独开采的地热天然露头（泉）可开采量确定

应依据泉流量实测和动态观测资料,采用泉流量衰减方程计算可开采量或取历年泉最低流量值作为其可开采量。

（二）地热流体可开采量计算的常用方法

以下列出几种常用的、简单的计算方法，供评价时参考。

1、盆地型地热田

可采地热流体评价中考虑回灌水量，表达式为：

其中，

—地热流体可开采量，m3/d;

—单井地热流体可开采量，m3/d;

—回灌比例。

其中砂岩地区取20%—50%，灰岩地区取60%—80%。

单井地热流体可开采量采用最大允许降深或开采系数法确定。

A、最大允许降深法

可采地热流体量采用最大允许降深法，设定一定开采期限内（50—100年），计算区中心水位降深与单井开采附加水位降深之和不大于100——150m时，求得的最大开采量，为计算区地热流体的可开采量。

表达式为：

（3—2）

（3—3）

式中：

—地热流体可开采量，m3/d;

—单井地热流体可开采量，m3/d;

—计算区中心水位降深，m;

—单井附加水位降深，m;

—开采区半径，m;

—单井控制半径，m;

—热储含水层弹性释水系数；

t—开采时间，d;

T—导水系数，m2/d;

r—抽水井半径，m;

B、开采系数法

地热远景区采用可采系数法，开采系数的大小，取决于热储岩性、孔隙裂隙发育情况，一般采用5—10%。

（3—4）

—地热流体总存储量，m3；

X—可采系数

2、主要受断裂构造控制呈带状分布的地热田

（1）泉（井）热量法

对于断裂带开发型热储的地热田，地热水主要以温泉或自流井的形式排泄，将温泉或自流井的总流量作为地热田的天然补给量和可开采量。

（2）排泄法

对于断裂带半封闭型热储的地热田，地下热水以温泉、自流井和第四系潜流的形式排泄，其总排泄量可代表地热田的总补给量。

考虑到第四系潜流一般不可能被全部开采利用，根据经验，将潜流量的70%作为可利用量，则70%的第四系潜流量以及全部的温泉、自流井流量及开采量作为地热田的可开采量。

（3）补给量法

对于地热条件已基本查明的地热田，利用补给量计算地热田的可开采量，其中侧向补给量部分取其70%作为可开采量。

（3）平均布井法

对于有地热井抽水试验资料的地热田，根据抽水试验资料，利用Q—S曲线方程，推算20m水位降深的单井出水量，在利用平均布井法计算地热田的可开采量。

第四节地热资源/储量可靠性评价

地热资源/储量可靠性评价应突出地热田可持续发展能力、地热井的合理的权益保护范围及合理的开采方案。

一、地热单井评价

1、井的稳定产量评价

依据无开采历史的单个地热开采井可开采量确定的方法进行评价单井稳定产量。

2、单井50年地热开采总量计算

对于盆地型层状热储面积大，且分布稳定的地热田（如西辽河盆地、呼包盆地、海拉尔盆地），如果勘查程度达到可行性阶段，为了便于编制地热开发利用规划，参照天津地区地热单（对）井资源评价技术要求，建议计算单井50年地热开采总量（包括开采50年的井域热储层单位面积可采热储量及地热开采井布井合理间距）。

（1）单井50年地热开采总量计算

依据地热井抽水试验资料，用内插法（最大水位降深以不大于单井稳定流量的设计值，区域水位下降速率不大于2m/a）初步确定的地热井可开采流体量，并以公式（3-5）计算按此量开采50年所排放的总热量。

（3-5）

式中：

QW——地热井开采50年所排放的总热量（kJ）；

Q——地热井的日可开采量（m3/d）；

CW——地热水平均比热容（kJ/（m3·℃））；

tW——地热水平均温度（℃）；

t0——地区常温层温度（℃）;

T---50年内单井累计抽水天数（d）;

（2）地热井开采利用50年热储层单位面积可开采的热储存量

依据地热井地质剖面，按公式（3-6）计算确定地热井开采利用热储层单位面积可开采的热储存量。

（3-6）

式中：

Qr——地热井开采影响区内单位面积可开采热储量（kJ/m2）；

K——热储层地热采收率（0.15～0.20）；

H——地热井所利用的热储层厚度（m）；

Cr——热储层的平均比热容（kJ/（m3·℃））；

tr——热储层平均温度（℃）；

t0——地区常温层温度（℃）。

（3）单井50年地热开采所需热储水平面积计算

按均衡原理以公式（3-7）计算热储层可采热储存量与地热井开采50年排放总热量保持均衡所需的热田面积，并按圆面积公式估算地热井的井距。

（3-7）

式中：

F——保持均衡所需的热田面积（m2）；

QW——地热井开采50年所排放的总热量（kJ）；

Qr——地热井开采影响区内可开采热储量（kJ/m2）。

（4）地热开采井布井合理间距（D）计算

（3-8）

二、地热田或地热开采地区评价

依据《地热资源地质勘查规范》（GB/T11615—2010），地热田或地热开采地区评价主要有以下内容。

1、依据地热流体可开采量所采出的热量,计算地热田的产能（热能或电能）。

2、计算地热流体年（或50年）可开采量所能采出的热量占热储中储存热量及地热流体中储存热量的比重,估计地热资源的开发潜力并比较计算结果的一致性。

3、依据资源条件及资源开发的技术经济条件,确定合理的开采方案,并预测地热田的温度场、渗流场、流体化学成分等的变化趋势。

具体计算方法详见规范。

是否按照规范计算100年的量?

第五节地热流体质量评价

一、地热流体质量评价的一般要求

1、地热流体质量评价应依据《地热资源地质勘查规范》（GB/T11615—2010）规定的内容进行，但针对不同用途有所侧重。

2、按照相应的规范，严格取样，确保样品有代表性。

3、对热水的主要用途评价，应有外检样。

二、地热流体不同用途评价

1、理疗热矿水评价:

地热流体通常含有某些特有的矿物质（化学）成分,可作为理疗热矿水开发利用,可参考《地热资源地质勘查规范》（GB/T11615—2010）附录E对其属于何种类型的理疗热矿水做出评价。

2、饮用天然矿泉水评价:

地热流体符合饮用天然矿泉水界限指标及限量指标的,可依据GB8537-2008饮用天然矿泉水标准进行评价。

3、生活饮用水评价:

地热流体可作为生活饮用水源的,应根据GB5749-2006生活饮用水卫生标准做出评价。

4、农业灌溉用水评价:

低温地热流体（水）在用于采暖供热等目的后排放的废弃水,一般可用于农田灌溉,可参照GB5084-2005农田灌溉水质标准对其是否适于农田灌溉做出评价。

5、渔业用水评价:

低温地热水用于水产养殖的,可参照GB11607-89渔业水质标准对其是否符合水产养殖做出评价。

我区目前地热水主要用于理疗，基本不适用于饮用与农业灌溉。

三、地热流体中有用矿物组分评价

可从热水中提取工业利用的成分,主要有碘（>20mg/L）、溴（>50mg/L）、铯（>80mg/L）、锂（>25mg/L）、铷（>200mg/L）、锗（>5mg/L）等,有的还可生产食盐（工业品位NaCl≥10%）、芒硝等,对达到工业利用可提取有用元素最低含量标准的,可参照地质出版社1987年《矿产工业要求参考手册》予以评价。

四、地热流体腐蚀性评价

对地热流体中因含有氯根、硫酸根、游离二氧化碳和硫化氢等组份而对金属有一定的腐蚀性,可通过挂片试验等测定其腐蚀率,对其腐性做出评价。

可参照工业上用腐蚀系数来衡量地热流体（水）的腐蚀性。

五、地热流体结垢评价

对地热流体中所含二氧化硅、钙和铁等组分因温度变化而产生结垢,可通过试验,评价其结垢程度。

可参照工业上用锅垢总量来衡量地热流体的结垢性。

第六节地热资源开发利用评价

一、地热资源开发可行性评价

地热资源开发可行性评价的主要内容有：

1、地热资源开采技术的可能及经济的合理性对其开发的可行性评价

主要依据开采井深度进行评价。

最经济的,成井深度一般小于1000m；

经济的,成井深度一般10003000m；

有经济风险的,成井深度大于3000m。

2、地热流体可能的利用范围评价

主要依据地热流体的温度进行总体评价。

其次依据地热流体化学组分的含量,确定可作为矿泉开发的利用方向和方式；依据地热流体可开采量及其产能,评价其可开发利用的规模，包括中、低温地热资源用于采暖、供生活热水、温泉洗浴、理疗、农业温室、水产养殖等规模进行估算。

3、地热资源开采区适宜性评价

主要依据地热井的地热流体单位产量大小评价，分为:

适宜开采区:

地热井地热流体单位产量大于50m3/d.m；

较适宜开采区:

地热井地热流体单位产量505m3/d.m；

不适宜开采区:

地热井地热流体单位产量小于5m3/d.m；

二、地热资源开发利用环境影响评价

评价的主要内容有：

1、地热利用的节能和减排效果估算

2、地热流体排放对环境影响的评价

（1）高温地热流体中通常含有CO2、H2S等非凝气体,应评价其对大气可能造成的污染,提出污染防治建议。

（2）废地热流体的直接排放会造成热污染和其中有害组分对地表水、地下水水质的污染,应遵循GB8976-1996评价其排放对环境的影响。

3、地面沉降评价

（1）对于新生界松散沉积层及半成岩热储层，应对开采地热流体可能产生的地面沉降做出评价,针对可能出现的问题,提出相应的防治措施建议。

（2）上覆松散层厚度小的岩溶热储或基岩热储层，应对开采地热流体可能引发的地面变形破坏（塌陷或沉降等）做出评价,针对问题提出相应的防治措施建议。

3、其他地质环境影响评价

（1）地热地质景观保护性评价。

地热流体长期开发,有可能导致热田及其周边地区的地热显示、地热景观的消失和天然温泉的锐减，应做出保护性评价，保护代表性的地热自然景观。

（2）浅层地下水源保护性评价。

对于与浅层含水层有较密切水力联系的地区开采地热流体，可能引起上覆含水层水质、水量的变化进行评价，确定热储合理开采量及浅层地下水源保护对策。