流量测井在新疆中深层地热资源勘查中的应用

王亚璐

(新疆地矿局第一水文工程地质大队，新疆 乌鲁木齐 830091)

0 引言

近年来随着国家生态文明建设和能源结构战略性调整，逐渐由传统能源逐渐向清洁可再生能源转变，地热资源的开发利用逐渐“热”了起来。新疆是一个地热资源丰富的地区，蕴含着大量的热能，基本上是受构造控制的带状热储，地下热水通过岩层中的断裂破碎带或局部裂隙交汇破碎导水带运移至上地表一定深度范围内形热储层[1]，通过地热钻孔获取水文地质参数，其中正确划分含水层和隔水层，确定其层位和厚度以及研究他们之间的关系，这是地热资源勘查评价资源量的关键问题，而常规的测井方法只有在理想条件下,仅能较准确地划分出孔内出水层的部位，基岩裂隙含水层的结构往往比较复杂,可能存在涌、漏水层同时存在的现象。因此在低裂隙率环境介质中采用常规的测试手段难以获得准确的水文地质参数，而应用流量测井方法便能客观准确地反应出孔内含水构造的赋水状况和变化特征等[2]。

1 自然地理、水文地质特征及热储特征

工作区位于温泉县境内，东经80°45′51″～81°08′10″，北纬44°57′10″～45°04′32″；处于别珍套山和阿拉套山之间的山间谷地，总体地势西高东低，北高南低，南北两侧地形向中间倾斜。属于大陆性中温带半干旱气候，全年盛行西风，年平均气温4.1℃，最高气温37.2℃，最低气温-35.9℃，由于地理条件的差异，降水则呈现出西北多，东南少，山地多、平原少的特点，各区域降水量分布不均匀，且差异性悬殊较大，平原地区年平均降水量为190～210 mm，山区的年降水量平均为450 mm左右。博尔塔拉河是区内最主要的河流，多年平均径流量3.82×109m3。

工作区以博尔塔拉河断裂为界分处于博乐山间坳陷(Ⅱ38)和赛里木隆起(Ⅲ11)两个三级构造单元的交界上，受该断裂及次级构造控制形成工作区内著名的温泉(圣泉)，温度21.2℃～62.4℃；地下热水为基岩裂隙水，受构造控制其单井涌水量10.45～5 877.9 m3/d不等，水化学类型为SO4-Na型，矿化度小于1 g/L，主要受北部高山雪水及大气降水入渗深循环补给；热储地层主要以古生代岩屑砂岩、凝灰质砂岩、石英片岩及不同时期的侵入岩类霏细岩、玄武岩、煌斑岩、闪长岩。

2 钻孔概况

2014年4月完成矿产地质钻孔AKT1,孔深860.32 m，在0-25.3 m段孔径为Φ150 mm，下入Φ146 mm套管；25.3～358.91 m段孔径为Φ122 mm，下入Φ108 mm套管；358.91～860.32 m段孔径为Φ95 mm，裸眼；揭露地层0～6.5 m为砂砾石，6.5～440.83 m为凝灰质粉砂岩，440.83～582.83 m为岩屑砂岩，582.83～770.0 m为石英片岩，770.0～860.3 m为石英砂岩；终孔后用下入潜水泵(流量3 m3/h,扬程100 m)下到86.5 m处进行了2个落程简易抽水试验，最大降深60.9 m，最大出水量75.2 m3/d，因受潜水泵功率限制，其出水量值比实际值偏小，导致相关水文地质参数存在一定误差；水位埋深5.425 m。

3 流量测井

3.1 测井设备

测井仪器采用上海地学仪器研究所研制的JDL-2W流量水位测井仪，其流速测量原理是采用特别设计的交流磁场激励，在该激励磁场中，液体的流动会在仪器的电场测量电极上产生感生电动势，感生电动势的方向由液体流动方向确定，在钻孔中可以判断孔内流体的产出或吸入层位，进一步换算得出相应的流量大小。

3.2 测量方法

本次测量采用连续测量的方法，在AKT1孔完钻后随即进行了数字测井与流量测井，通过绞车控制探管速度，让探管在孔内连续匀速运动,测得下行流速曲线，下降时按照每0.01 m采取一个数据，自动绘制测流曲线。

图1 矿产地质钻孔AKT1综合测井曲线图

3.3 数据分析

通过分析流速连续曲线上的拐点，结合井温曲线变化段，判断出水和漏水位置，划分主要含水层位[3](见图1)：

从连续流速曲线分析，0～35.6 m因设备初始下放速率不稳定，导致异常；在32～235 m为有流速曲线段；235～260 m、295～305 m、310～340 m、350～385 m、440～465 m、510～550 m、610～630 m、675～695 m为出水井段；700～860 m段为死水井段。地下水流速在-65845-1 788.07 mm/s，平均632.42 mm/s。测量数据见表1，因数据采集较多，本表只列每50 m测量数据。

从连续流速曲线分析，在239 m、295～297 m、332 m、525～527 m、695 m处流速为负值，表明该段水流向下，为漏水层位；

从温度曲线分析，在105.7～122 m出现成一个较高的峰值，说明该段为较高质量的地下热水溢出位置；随后在355～373 m降至最低，说明从122～373 m段无地下热水溢出或地下热水漏失严重，导致温度下降；

综上所述，矿产地质钻孔AKT1揭露主要含水层位(裂隙)为105.7～122 m、355～385 m、440～465 m、510～550 m、610～630 m、675～695 m，共计151.3 m；孔内地下水流速平均为632.42 mm/s，计算孔内流量为4.48 L/s。

表1 钻孔AKT1流量测井数值统计表

3.4 流量测井与岩芯钻探、数字测井结果对比

3.4.1 岩芯钻探

地下水赋存在裂隙发育，岩体完整极差的地层[4]，结合地质编录统计分析钻孔RQD值，由表2可知，AKT1裂隙发育地层厚度247.6 m，相比流量测井含水层厚度增大了96.3 m，说明岩芯钻探对划分含水层的厚度偏大，且不能判断漏水地层，对划分本孔含水层位置无实际意义。

表2 钻孔AKT1岩芯RQD值统计表

3.4.2 数字测井

数字测井解释全孔含水层位置14层，累计厚度205.7 m(表3)，占全孔基岩层的24.1%。与流量测井解释含水层位置相比局部含水层位置、厚度具有一定的吻合性，总体上数字测井解释含水层厚度偏大，说明数字测井结果的存在一定误差，对划分本孔含水层仅供参考。

表3 钻孔AKT1数字测井含水层解释成果统计表

表4 钻孔AKT1周边地热井抽水试验数据统计表

3.5 流量测井结果与周边地热井验证

通过AKT1孔周边地热井抽水试验数据分析(表4、图2)。J32、J33、J35、J36井稳定出水量在9.202～13.148 L/s，根据流量与流速的关系，计算井内的地下水流速为570～810 mm/s，其中距离AKT1孔最近的J35井内地下水流速为630 mm/s，与本次测量的AKT1孔内地下水流速值632.42 mm/s基本一致；其它地热井受构造影响程度不一，地下水流速存在一定差异，总体与本次测量数值接近，说明本次测量工作的可靠性、数据的准确性。

图2 矿产地质钻孔AKT1与周边井位置图

4 结语

(1)流量测井能准确的划分井内主要含水层位置，相比数字测井更加精确，而且能够判断水文地质条件复杂的含水层中漏水层、出水层位置。

(2)流量测井成果将直接弥补矿产地质钻孔(地热)因为钻孔结构限制，无法使用大流量的潜水泵进行相应的抽水试验，而导致相应水文地质参数不准确的缺陷。

(3)流量测井为温泉县地热资源储量及可开采量计算提供一定数据支撑。

(4)流量测井成果可直接预测矿产地质钻孔控制区域的地下水富水性，为后期地热生产井固井止水位置及钻探施工方案具有一定的指导意义。