地热评价方法.docx
《地热评价方法.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《地热评价方法.docx（31页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
地热评价方法
中华人民共和国地质矿产部部标准
DZ40—85
地热资源评价方法
地热资源是地质矿产资源之一，为加强地热资源的开发利用研究，特制定本标准。
本标准可作为国家、省、市、自治区制定长远规划的依据；也作为本系统进行地热田普查和初步勘探的设计依据。
1名词、术语
1.1地热资源
系指在当前的技术经济条件下可以开发利用的地下岩石和水中的热能，也包括在未来条件下具有替在价值的热能。
根据研究程度，地热资源还可进一步划分为远景地热资源、推测地热资源及已查明地热资源（图1）。
图1地热资源评价表
1.1.1远景地热资源
系指在小比例尺（相当于1∶100万或1∶50万）区域调查的基础上，根据某些地热现象，如温泉、浅层地温等物探资料，并基于一般的地热地质条件和理论，推测其存在的地热资源。
远景地热资源可作为进行中等比例尺调查和制定规划的依据。
1.1.2推测地热资源
系指在中比例尺（相当于1∶20万或1∶10万区域调查的基础上，相应开展了地热地质、地热地球化学和地温调查，重、磁、电或地震等物探以及钻探工作，得出的地热资源。
推测地热资源可作为规划大比例尺地热调查，编制地热普查、初步勘探设计的依据。
1.1.3已查明地热资源
又称已确认地热资源，系指在大比例尺（相当于1∶5万等）调查的基础上，相应开展了地热地质、地热地球化学、地温调查，重、磁、电或地震等物探工作，经钻探验证，地质构造和热储边界清楚。
同时，经过长时间单井、多井抽水试验或放喷试验以后，在计算出的地热资源。
1.2地热储量
系指已查明地热资源的一部分，即在当前条件下可以用地质学方法圈闭而又能经济、合理、合法地开采的有用能源。
1.3热储
系指含有能被开发利用的热流体的岩石和岩层。
热储还可分为孔隙热储和裂隙热储。
砂层、砂卯砾石层、胶结较差的砂岩、砾岩和部分碳酸盐岩等属孔隙热储。
火成岩、变质岩、部分碳酸盐岩和致密砂岩、砾岩属裂隙热储。
在进行地热资源评价时，对于孔隙和裂隙二者兼有的热储，如砂岩、砾岩和碳酸盐岩等按孔隙热储考虑。
1.4地热田
系指在一定范围内，具有盖层、热储、热流体通道和热源的地质体。
其热能可供开发并具有社会经济效益。
1.5有效利用地热资源量
被开发出来的地热能（即从井口得到的热量）只有一部分被利用，将被利用的部分称为有效利用资源量。
由式
（1）表示：
（1）
式中：
η——有效利用率；
Qz——有效利用资源量，kcal；
QWh——可采地热资源量（从井口得到的资源量），kcal。
有效利用率和利用目的及技术水平有关。
2进行地热资源评价的某些规定
2.1深度
就总的趋势而言，一个地区的温度随着深度增加而增加。
从经济和技术条件考虑，钻进愈深技术愈复杂，钻井（孔）的成本愈高。
为此，将2000m以浅定为经济型地热资源，2000～3000m定为亚经济型地热资源。
2.2温度
对热储湿度划分如表1：
表1
＜20℃
冷水
≥20～40℃
低温
≥40～60℃
中低温
≥60℃～当地沸点
中温
≥当地沸点
高温
2.3评价热储的规定
凡具有下述两条件者才能被当作可利用的热储加以评价：
a.深度1000m以浅的温度大于40℃。
b.单井出水量大于20m3／h，当无水量资料时，其导水系数必须大于1达西·m。
2.4地热田的规模
地热田分为大、中、小三种类型。
其划分方法是将有效利用资源量折算成发电量，然后按发电量的大小进行划分（表2）。
同时规定用于高温发电的地热田服务年限应大于30年，用于综合利用的中低温地热田，其服务年限应大于100年。
表2地热田规模划分
地热田规模
发电量
104kW
热量
104kcal／h
煤量
104t／a
大型地热田
＞5
＞4300
＞15
中型地热田
1～5
860～4300
3～15
小型地热田
＜1
＜860
＜3
注：
工程上1度电相当于860kcal热量、0.5kg煤。
3符号、代号
本方法常用量和单位名称代号、符号是根据《中华人民共和国法定计量单位》有关内容，并结合地热开发的具体需要编制的（表3）。
凡未列入的量和单位，仍应按国家标准的规定执行。
表3地热资源常用量代号和单位名称符号对照表
序
号
量
原用单位
新单位
附注
名称
代号
名称与符号
名称
符号
1
长
度
长度
L（L）
公里
千米（公里）
km
宽度
b
米（公尺）
米
m
高度
h
厚度
δ（d.t）
厘米
厘米
cm
半径
r.R
毫米
毫米
mm
直径
d.D
距离
s
微米
微米
μm
2
面积
A
（S）
平方公里
平方公里
km2
平方米
平方米
m2
平方厘米
平方厘米
cm2
平方毫米
平方毫米
mm2
3
体
积
体积
（容
积）
V
立方米
立方米
m3
升
升
1.L
毫升
毫升
ml
气体
体积
Vn
立方米
立方米
m3
续表3
序
号
量
原用单位
新单位
附注
名称
代号
名称与符号
名称
符号
4
时间
t（T）
日（天）
日（天）
d
周期
T
时
（小）时
h
周期
T
分
分
min
时间常数
t（T）
秒
秒
s
5
速度
v、u、
w
公里／小时
公里每小时
Km/h
米／秒
米每秒
m/s
6
质量
（重量）
m
亿吨
亿吨
108t
万吨
万吨
104t
吨
吨
t
公斤
千克（公斤）
kg
克
克
g
毫克
毫克
mg
7
质量流量
（重量流量）
qm
吨／昼夜
吨每日
t/d
吨／小时
吨每小时
t/h
公斤／秒
千克每秒
kg/s
8
流量
（体积流量）
qv
米3／昼夜
立方米每日
m3/d
米3／秒
立方米每秒
m3/s
升3／秒
升每秒
l/s,L/s
9
密度
（容重）
p
吨／米3
吨每立方米
t/m3
公斤／米3
千克每立方米
kg/m3
克／厘米3
克每立方厘米
g/cm3
10
力
力
F
吨
兆牛
MN
F=ma=
吨力
千牛
kN
W=mg
重力
W
（p.G）
公斤
1N=1kg.m.s-2
公斤力
牛顿
N
1N≈0.1kgf
续表3
序
号
量
原用单位
新单位
附注
名称
代号
名称与符号
名称
符号
11
压力（压强）
p
吨／米2
帕（斯卡）
Pa
1kgf/cm2=9.8×104Pa
吨力／米2
1mmH2O=9.80665Pa
正应力
σ
公斤／厘米2
帕（斯卡）
Pa
1Pa=1N/m2
切应力
（剪应力）
τ
公斤力／厘米2
标准大气压
帕（斯卡）
Pa
1kgf/cm2=98066.5Pa
1atm=101325Pa
12
渗透率
k
米／昼夜
米／日（天）
m/d
kd
达西
平方厘米
cm2
毫达西
平方毫米
mm2
13
粘度
η（μ）
泊
帕（斯卡）秒
Pa·s
1泊=0.1帕秒（Pa·s）
厘泊
14
功
w、（A）
千克力米
兆焦
MJ
1kg·m=9.80665J
千焦
kJ
能量
Ε、（W）
瓦（特）小时（W·h）
焦（耳）
J
1W·h=3.6kJ
15
热力学温度
T、（θ）
开氏度
开（尔文）
K
摄氏温度
t、（θ）
摄氏度
摄氏度
℃
16
热、热量
Q
千卡（大卡）
兆焦
MJ
1cal=4.1868J
千焦
kJ
卡（cal）
焦（耳）
J
17
热导率
（导热系数）
λ（k）
卡/厘米·秒·℃
卡/米·秒·℃
瓦（特）每米开（尔文）
W/m·K
W/m·℃
1cal/cm·s·℃=
4.1868×102W/m·K
18
传热系数（总）传热系数
K、k
卡/厘米2·秒·℃
大卡/米2·秒·℃
瓦（特）每平方米开（尔文）
W/m2·K
W/m2·℃
1cal/cm2·s·℃=
4.1868×104W/m2·K
19
热容
C
卡／℃
焦（耳）每开（尔文）
J／K
焦（耳）每摄氏度
J／℃
20
比热容
c
卡/克·℃
大卡/公斤·℃
焦（耳）每千克开（尔文）
J/kg·K
1kcal/kg·s·℃=
4.1868×103J/kg·K
焦（耳）每千克摄氏度
J/kg·℃
KJ/kg·K
续表3
序
号
量
原用单位
新单位
附注
名称
代号
名称与符号
名称
符号
21
有功功率
P
兆瓦
MW
千瓦
千瓦
kW
瓦
瓦（特）
W
微微瓦
皮瓦
PW
22
电能（量）
W
千瓦小时
（度）
兆焦
mJ
1kW·h=3.6MJ
千焦
kJ
焦（耳）
J
千瓦小时
kW·h
23
质量浓度
PB
毫克/升
千克每立方米
kg/m3
毫克每立方米
mg/m3
千克每升
kg/l
毫克每升
mg/l
4地热资源量评价
地热资源类型不同，其计算方法也不相同。
目前我国已发现的地热资源类型大致有：
沉积盆地型、断裂（裂隙）型和近期岩浆活动型三种类型。
4.1热储法
4.1.1计算
热储法的地热资源量按式
（2）计算：
（2）
式中：
QR——地热资源量，kcal；
A——热储量面积，m2；
d——热储厚度，m；
tr——热储温度，℃；
tj——基准温度（即当地地下恒温层温度或年平均气温），℃；
——热储岩石和水的平均热容量，kcal／m3·℃，由式（3）求出：
（3）
式中：
Pc、Pw——分别为岩石和水的密度，kg／m3；
Cc、Cw——分别为岩石及水的比热容，kcal／kg·℃；
φ——岩石的孔隙度，％。
将式（3）代入式
（2）即得式（4）：
（4）
热储法不但适用于非火山型地热资源量的计算，而且适用于与近期火山活动有关的地热资源量计算。
不仅适用孔隙型热储，而且也适用于裂隙型热储。
凡条件具备的地方，一律采用这种方法。
4.1.2回收率
用热储法计算出的资源量不可能全部被开采出来，只能开采出一部分，二者的比值称为回收率。
用式（5）表示：
（5）
式中：
RE——回收率；
Qwh——开采出的热量，即从井口得到的热量；
QR——埋藏在地下热储中的地热资源量。
回收率的大小取决于热储的岩性，孔隙及裂隙发育情况，是否采取回灌措施以及回灌井布置是否科学合理等等。
在进行地热资源评价时，对回收率作如下规定：
对大型沉积盆地的新生代砂岩，当孔隙度大于20％时，热储回收率定为0.25；碳酸盐岩裂隙热储定为0.15；中生代砂岩和花岗岩等火成岩类热储则根据裂隙发育情况定为0.05～0.1。
4.1.3参数确定
4.1.3.1比热、岩石密度
热储岩石的比热、密度由试验获得，但在初期工作阶段缺少试验数据时，可参照表4、表5。
4.1.3.2孔隙度（裂隙率）
对于孔隙热储层，孔隙度可以通过实验室求出，也可以用测井方法求得。
对于裂隙热储层，可以通过实验室试验、测井、抽水试验及比拟法求得。
表4岩石比热等一览表
花
岗
岩
石
灰
岩
砂
岩
钙质砂
（含水率）
43%）
干石英砂
（中-细粒）
石英砂
（含水率）
（8.3%）
砂粘
（含水率）
15%）
空气
（一个大气压）
冰
水
（平均）
比热
cal/g·℃
0.19
0.22
0.21
0.53
0.19
0.24
0.33
0.24
0.49
1
密度
g/cm3
2.70
2.70
2.60
1.67
1.65
1.75
1.78
0.00129
0.92
1
热导率
（10-3cal/cm·s·℃）
6.50
4.80
6.20
1.70
0.63
1.40
2.20
0.055
5.30
1.43
表5饱和蒸气表
温度
℃
压力
mbar（100Pa）
密度,g/cm3
热焓,cal/g
液体
气体
液体
气体
0
6.11
0.99978
4.8472×10－6
－0.010
597.49
20
23.37
0.99828
1.7290×10－5
20.030
606.23
25
31.67
0.99712
2.3041×10－5
25.023
608.41
30
42.43
0.99517
3.0368×10－5
30.014
610.57
35
56.24
0.99409
3.9612×10－5
35.005
612.73
40
73.78
0.99225
5.1161×10－5
39.995
614.88
45
95.86
0.99023
6.5461×10－5
44.987
617.01
50
123.40
0.99803
8.3017×10－5
49.980
619.13
55
157.46
0.98567
1.0440×10－4
54.975
612.23
60
199.26
0.98315
1.3023×10－4
59.972
623.32
65
250.16
0.98040
1.6123×10－4
64.972
625.38
70
311.69
0.97766
1.9817×10－4
69.975
627.43
75
385.56
0.97420
2.4189×10－4
74.982
629.45
80
473.67
0.97164
2.9333×10－4
79.993
631.45
85
578.09
0.96844
3.5350×10－4
85.009
633.42
90
701.13
0.96512
4.2350×10－4
90.031
635.36
95
845.28
0.96166
5.0448×10－4
95.058
637.27
100
1013.30
0.95812
5.9773×10－4
100.092
639.15
110
1432.70
0.95067
8.2649×10－4
110.183
642.81
120
1985.50
0.94284
1.1217×10－3
120.311
646.31
130
2701.30
0.93456
1.4967×10－3
130.483
649.64
140
3613.80
0.92587
1.9666×10－3
140.705
652.78
150
4760.00
0.91678
3.5481×10－3
150.986
655.72
160
6180.60
0.90726
3.2599×10－3
161.334
658.43
170
7920.20
0.89730
4.1228×10－3
171.758
660.90
180
10026.0
0.88690
5.1599×10－3
182.267
663.10
190
12552.0
0.87604
6.3973×10－3
192.872
665.01
200
15548.0
0.86409
7.8641×10－3
203.585
666.60
在完整井中进行稳定流抽水试验，热储的裂隙率和流体的流量有式（6）关系：
（6）
式中：
φ——裂隙率；％
B——液体的容积系数；
μ——液体的粘度，CP（1CP=1mPa·s）；
H——热储层的有效厚度，m；
R——试验井的影响半径，m；
r——试验井的半径，m；
Kc——产量指数；
577.9——换算系数。
a.容积系数B是指液体在地下热储中的体积V地下与在地面体积V地上之比，即式（7）所示：
（7）
液体在储层条件下的体积通常总大于它在地面脱气后的体积，其B值大于1。
容积系数也可用热储条件下液体的比容与地面条件下的比容的比值来表示。
图2表示压力与热储中流体的容积系数之间的关系数曲线。
图2容积系数与压力关系图
b.液体的粘度μ和液体的温度有关，温度愈高粘度越小，粘度变化会导致流速的成倍变化（表6）。
表6水温和粘度关系
水温，℃
0
20
40
60
80
100
粘度，cP（mPa·s）
1.792
1.005
0.656
0.469
0.357
0.234
c.产量指数Kc由式（8）表示：
（8）
式中：
Q——流量，m3／d；
ΔP——动水位和静水位的压力差值，用大气压表示，bar（101325Pa）。
4.1.3.3热储面积的确定
圈定热储面积一般多采用综合分析方法，即利用地质（包括钻井地质）、地球物理和地球化学资料进行综合分析。
地球物理方法包括测温、红外线、重力、磁法、地震、电法等，测温、红外线、视电阻率法等大致能反映出热田面积的大小。
重力、磁法、地震是间接方法，利用它们在查明地质条件的基础上，配合测温、钻井等资料进行综合分析，往往能得到比较好的效果。
此外，利用磁法资料计算居里点，了解深部高温热储的分布往往也能得到较好的结果。
在地热显示区域热储浅埋区，利用热流体的标性化学成分，如汞、砷、氯、二氧化硅以及水热蚀变带等作为圈定热储面积的依据。
a.根据浅层地温梯度圈定热储面积
在热储埋藏很浅（几米至几十米）的热异常区，以及有特殊热源的热异常区，一般进行浅部测温。
从这种深度得到的地温（t）包括三种因素，由式（9）所示：
（9）
式中：
ta——由特殊热源引起的地温，℃；
tn——正常地温，℃；
tp——因气温的日变化、年变化而引起地温发生周期性变化，℃。
其中ta及tn是稳定的，tp随时间变化而发生周期性变化，同时在一定的深度也发生变化。
气温的日变化大致影响到地下0.5m，年变化的影响深度大致为10～20m。
为消除tp的影响。
应通过观测求出地温变化的年平均值来消除周期性变化。
此外由于地形、植被、朝阳或背阴等因素的影响，测定的误差达2～3℃。
因此，在进行浅部地温梯度计算时应进行校正。
例如，欲求0.75m深处的地温梯度，则设1m深的地温为t1，0.5m深的地温为t0.5，0.75m的地温梯度Δt／Δh0.75由式（10）表示：
（10）
通过地温梯度图圈出热异常范围并根据地质情况，把有可能获得经济效益的地温梯度下限作为计算热储面积的边界。
b.利用深层地温梯度圈定热储面积
深层测温工作多在隐伏地热区特别是沉积盆地型地热资源地区进行。
所计算的地温梯度必须是恒温层以下的。
一般基底以上的盖层的地温梯度能较准确地反映热储的分布情况。
如果用地温梯度圈定热储边界时，应以在1000m以浅地温不得小于40℃时的地温梯度（Δt／Δh）为下限，即式（11）所示：
（11）
式中：
t0——恒温层温度或年平均气温，℃；
h——恒温层深度，m。
恒温层温度和年平均气温变化因地而异，在确定地温梯度的下限值时，应根据当地的实际情况考虑。
4.1.3.4热储厚度的确定
确定热储厚度的方法大致可以分为钻探和综合分析两种方法。
a.钻探法
除少数钻孔为取参数需全部取心外，多采用钻探录井和地球物理测井确定热储厚度。
钻探录井包括钻时录井、岩心录井和岩屑录井等。
地球物理测井配合录井资料可以确定岩性、岩层厚度、热流体流量、压力及孔隙度等。
在确定孔隙热储厚度时，利用自然电位及顶（底）部梯度曲线进行划分如能利用微电极测井资料确定热储厚度，其效果更好。
对于裂隙热储厚度的划分可采用电阻率、自然伽玛、中子伽玛、声波和井径等。
b.综合分析法
当资料不充分或钻孔（井）不足控制热储的情况下，利用已有的地质、物探及地球化学资料进行综合分析来确定热储厚度。
对于有温泉出露的热显示且有基岩出露的地区，如果热储属于沉积岩类（碳酸盐岩、砂岩等），可以根据地层、岩性、地质构造、地温和钻孔资料进行综合分析确定。
如果热储属于花岗岩等火成岩，除了研究地质构造和地温外，还需一定数量的钻孔控制才能确定。
对于水热活动比较强烈的地区，除了研究地质条件外，应利用电测探等物探资料进行综合分析来确定热储厚度。
对于沉积盆地型地热田，如果热储属孔隙型，可以利用钻孔资料算出砂厚比，即热储厚度和相应的地层厚度的百分比，然后通过地震资料得到的地层厚度进行计算即可。
4.1.3.5热储温度的确定
a.直接测量法
当有钻孔（井）揭露或穿透热储时，可用热敏电阻等井温仪进行测量。
计算时采用顶、底板温度的平均值。
b.地温梯度推算法
当工作区内揭露热储的井（孔）很少或仅有浅层地温资料时，应根据地质情况，利用热储上部
升级会员 