牛驼镇地热田对规模化开采与尾水回灌的响应机理研究

Geothermal energy is one of the most realistic and competitive renewable energy sources. Reinjection must be carried out for sustainable use of geothermal resources. However, only in a few geothermal fields there are reinjection wells, and generally the efficiency is very low because the doublette model is used (one production well is accompanied with one reinjection well). There is almost no research on other reinjection modes. The rationale of this study is to identify the optimal mode of reinjection for medium-low geothermal field, with Niutuozhen geothermal field as a case study. We propose a mode of separated production and reinjection sectors. Then different modes will be modeled to predict the response of geo-temperature and water table with the data obtained from multi-well tracer test and reservoir production monitoring. The study will be useful to sustainable development of Niutuozhen geothermal field and will be a good reference to the development of medium-low geothermal field (especially the ones with karstic reservoirs) at home and abroard.

地热资源是一种极具竞争力的清洁和可再生能源。地热回灌是实现地热资源可持续利用的必由之路。然而，国内仅在少数地热田进行了对井采灌，回灌率很低，对地热资源优化采灌模式的研究很少。本项目以华北地区牛驼镇地热田为例，针对中低温地热田规模化开采中的回灌模式优化问题，提出集中采灌模式，开展群井回灌试验，应用地球化学示踪和非等温多相流数值模拟相结合的手段描述不同采灌模式情景下热储流体温度、压力的动态演化过程，基于可持续开发利用目标，对比评估地热田采灌方案与优化途径。实践上，将为牛驼镇地热田可持续开发提供重要的科学依据。理论上弥补国际和国内其他中低温地热田，尤其是岩溶储层的可持续开发利用机理研究的不足，发挥示范作用。

本项目以牛驼镇地热田为例，基于地球科学综合研究, 包括水同位素、水化学测试和地温场测试、热储数值模拟方法的融合，开展地热田地温场、流场和化学场等多场分析，建立以牛坨镇热田为代表的渤海湾盆地深层大型岩溶热储地热资源的“二元”聚热成因模式，并且基于三维地质模型对研究区地热资源储量进行了评价,对超深层地热资源潜力进行了预测。研究发现, 牛驼镇地热田深层地热能中的砂岩储层和碳酸盐岩储层热量大，宜于开采，为中低温对流-传导复合型地热系统,基岩中的碳酸盐储层以对流传热方式为主,上覆新近纪砂岩热储以传导传热方式为主。基于对研究区岩溶储层开采动态的监测、示踪试验和数学模拟，开展群井示踪试验获取岩溶储层量化参数，建立了一套可用于地热田优化开采的数值模型。据此研究了中低温地热田规模化开采中的可持续开发评估问题。对井采灌方式可以加以优化,优化后可以延长一倍寿命。对开采条件下和优化模式下热储温压场的动态响应过程进行模拟分析，给出布井方案，指出牛驼镇地热田南部地热资源在对井采灌模式下，最优井间距为400米。研究成果在理论上弥补了国际和国内其他中低温地热田岩溶储层的可持续开发利用机理研究的不足，实践上可作为雄安新区地热资源开采的可持续利用的科学依据。