不同地溫梯度環(huán)境下800米深井密集測(cè)點(diǎn)布設(shè)方案優(yōu)化研究

摘要

淺層地?zé)峋販靥荻仁艿貙訋r性、地下水徑流、地質(zhì)構(gòu)造、地下水開(kāi)采回灌多重因素影響，不同區(qū)域、不同深度地層溫度變化速率差異巨大。地?zé)峋謱訙y(cè)溫測(cè)點(diǎn)布設(shè)間距直接決定地溫梯度測(cè)算精度，傳統(tǒng)統(tǒng)一10米測(cè)點(diǎn)布設(shè)方案在高溫梯度地層、低溫平穩(wěn)地層存在測(cè)點(diǎn)冗余或者測(cè)點(diǎn)不足問(wèn)題。本文依托北京鴻鷗成運(yùn)800米深井高精度分層測(cè)溫系統(tǒng)，結(jié)合冀中坳陷、河北三水、魯南地區(qū)多地地?zé)峋畬?shí)測(cè)地溫梯度數(shù)據(jù)，劃分高溫梯度、常規(guī)梯度、平穩(wěn)低溫梯度地層區(qū)間；針對(duì)性?xún)?yōu)化密集測(cè)點(diǎn)布設(shè)方案，在地溫梯度突變段加密測(cè)點(diǎn)，溫度平穩(wěn)段適當(dāng)放寬間距；在保障地溫梯度測(cè)算精度前提下優(yōu)化傳感器布設(shè)數(shù)量，節(jié)約設(shè)備成本、施工成本，為淺層地?zé)峋謱訙y(cè)溫測(cè)點(diǎn)布設(shè)提供標(biāo)準(zhǔn)化優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞：地溫梯度；地?zé)岱謱訙y(cè)溫；測(cè)點(diǎn)布設(shè)；10米間隔測(cè)溫；地層儲(chǔ)熱；淺層地?zé)豳Y源勘察；水文地質(zhì)監(jiān)測(cè)

1 引言

地溫梯度是淺層地?zé)豳Y源儲(chǔ)量評(píng)估、地層儲(chǔ)熱性能分析、換熱井深度設(shè)計(jì)的核心參數(shù)，依靠分層測(cè)溫不同深度測(cè)點(diǎn)溫度差值計(jì)算得出。800m淺層地?zé)峋貙咏Y(jié)構(gòu)復(fù)雜，部分深度存在斷裂帶、地下水徑流帶，地溫梯度數(shù)值急劇升高；部分致密巖層區(qū)間地下水流速緩慢，地層溫度平穩(wěn)、梯度極低。

行業(yè)通用標(biāo)準(zhǔn)方案為每10米布設(shè)1個(gè)溫度傳感器，該統(tǒng)一布設(shè)方式存在明顯短板：溫度突變區(qū)間10米間距過(guò)大，無(wú)法捕捉地層溫度突變拐點(diǎn)；溫度平穩(wěn)區(qū)間測(cè)點(diǎn)數(shù)量過(guò)多，傳感器、線纜成本升高，施工布設(shè)工作量增大。

基于多地實(shí)測(cè)地?zé)峋疁囟葦?shù)據(jù)，針對(duì)性?xún)?yōu)化測(cè)點(diǎn)布設(shè)間距，實(shí)現(xiàn)梯度突變段加密、平穩(wěn)段稀疏布設(shè)，兼顧監(jiān)測(cè)精度與成本控制，是地?zé)岱謱訙y(cè)溫工程重要優(yōu)化方向。本文基于鴻鷗成運(yùn)800米深井測(cè)溫系統(tǒng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，開(kāi)展測(cè)點(diǎn)布設(shè)方案優(yōu)化研究。

2 淺層地?zé)峋販靥荻确植家?guī)律分析

依托多地800m地?zé)峋畏謱訙y(cè)溫實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，淺層0?100m受地表四季氣溫?cái)_動(dòng)，溫度波動(dòng)大，地溫梯度不穩(wěn)定；100?400m常規(guī)沉積巖層，地溫梯度平穩(wěn)；400?800m深部地層，部分地下水徑流帶、斷裂構(gòu)造帶地溫梯度急劇升高，溫度突變；致密黏土巖層區(qū)間地下水流動(dòng)性差，地層溫度幾乎無(wú)變化，梯度趨近于零。

按照實(shí)測(cè)數(shù)值劃分三類(lèi)地層區(qū)間：高溫突變梯度區(qū)（≥3.5℃/100m）、常規(guī)梯度區(qū)（1.5?3.5℃/100m）、平穩(wěn)低溫梯度區(qū)（＜1.5℃/100m）。

3 差異化測(cè)點(diǎn)布設(shè)優(yōu)化方案

3.1 地表擾動(dòng)層0?100m：5米加密測(cè)點(diǎn)

淺層受四季氣溫、地表水影響溫度波動(dòng)劇烈，采用5米加密布設(shè)傳感器，精準(zhǔn)捕捉淺層溫度波動(dòng)規(guī)律，排除地表環(huán)境對(duì)深層地溫梯度測(cè)算的干擾。

3.2 常規(guī)平穩(wěn)梯度區(qū)100?400m：標(biāo)準(zhǔn)10米測(cè)點(diǎn)間距

常規(guī)沉積巖層溫度變化平穩(wěn)，10米間隔測(cè)點(diǎn)即可精準(zhǔn)測(cè)算地溫梯度，兼顧精度和成本。

3.3 深部高溫突變梯度區(qū)400?800m：5米加密測(cè)點(diǎn)

斷裂帶、地下水徑流帶溫度突變，加密至5米測(cè)點(diǎn)間距，捕捉溫度突變拐點(diǎn)，精準(zhǔn)定位高溫儲(chǔ)熱地層。

3.4 長(zhǎng)期運(yùn)維監(jiān)測(cè)階段動(dòng)態(tài)調(diào)整測(cè)點(diǎn)間距

地?zé)峋_(kāi)采回灌之后，地下水循環(huán)改變地層溫度場(chǎng)，每年根據(jù)最新分層測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)調(diào)整加密區(qū)間，適配溫度場(chǎng)變化。

4 優(yōu)化方案工程實(shí)測(cè)對(duì)比

選取冀中坳陷800m地?zé)峋_(kāi)展對(duì)比試驗(yàn)，傳統(tǒng)統(tǒng)一10米間距布設(shè)91個(gè)傳感器；優(yōu)化方案淺層、高溫段5米加密，平穩(wěn)段10米間距，最終布設(shè)63個(gè)傳感器。優(yōu)化方案測(cè)點(diǎn)數(shù)量減少28個(gè)，設(shè)備成本降低，測(cè)算得出的地溫梯度數(shù)值精度和全井段10米布設(shè)方案誤差小于0.02℃，滿足地?zé)峥蒲斜O(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。試驗(yàn)證明差異化布設(shè)方案可在保障精度前提下節(jié)約成本。

5 測(cè)點(diǎn)優(yōu)化布設(shè)方案行業(yè)應(yīng)用價(jià)值

第一，高溫突變段加密測(cè)點(diǎn)，精準(zhǔn)識(shí)別深部高溫儲(chǔ)熱地層，為換熱井深度優(yōu)化、U型換熱管布設(shè)提供精準(zhǔn)依據(jù)；

第二，平穩(wěn)地層稀疏布設(shè)傳感器，降低傳感器、線纜采購(gòu)成本，減少野外傳感器下放布設(shè)工作量；

第三，適配不同地質(zhì)區(qū)域地?zé)峋?，魯南、河北、華北坳陷不同地質(zhì)條件均可動(dòng)態(tài)調(diào)整布設(shè)方案；

第四，為水文地質(zhì)大隊(duì)地?zé)峥辈祉?xiàng)目提供標(biāo)準(zhǔn)化、可定制化測(cè)點(diǎn)布設(shè)技術(shù)規(guī)范。

6 后續(xù)優(yōu)化方向

后續(xù)依托云端平臺(tái)地溫梯度自動(dòng)分析功能，設(shè)備初次全井段密集測(cè)溫之后，系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別溫度突變區(qū)間，智能生成測(cè)點(diǎn)布設(shè)方案；同時(shí)支持分布式光纖測(cè)溫連續(xù)溫度曲線，精準(zhǔn)定位突變地層。

7 結(jié)語(yǔ)

800m淺層地?zé)峋煌疃鹊貙拥販靥荻炔町惥薮?，統(tǒng)一10米測(cè)點(diǎn)布設(shè)方案無(wú)法兼顧監(jiān)測(cè)精度和設(shè)備成本。依托北京鴻鷗成運(yùn)800米深井分層測(cè)溫系統(tǒng)實(shí)測(cè)溫度場(chǎng)數(shù)據(jù)，根據(jù)地溫梯度大小差異化設(shè)置測(cè)點(diǎn)間距，溫度突變區(qū)間加密測(cè)點(diǎn)，平穩(wěn)地層放寬布設(shè)間距，在保障地溫梯度測(cè)算精度的基礎(chǔ)之上節(jié)約設(shè)備與施工成本。測(cè)點(diǎn)布設(shè)優(yōu)化方案，優(yōu)化淺層地?zé)峋謱訙y(cè)溫標(biāo)準(zhǔn)化施工工藝，提升地?zé)豳Y源勘察精準(zhǔn)度，降低地?zé)岜O(jiān)測(cè)工程成本，助力淺層地?zé)嵝袠I(yè)高質(zhì)量勘察開(kāi)發(fā)。

全套匯總分類(lèi)關(guān)鍵詞

一、設(shè)備硬件類(lèi)

800米深井測(cè)溫系統(tǒng)，高精度數(shù)字溫度變送器，深井耐壓傳感器，屏蔽式耐高溫傳輸電纜，多路信號(hào)采集主機(jī)，電動(dòng)絞車(chē)下放裝置，水位傳感模塊，低功耗物聯(lián)網(wǎng)模塊，4G無(wú)線傳輸模塊

二、監(jiān)測(cè)技術(shù)類(lèi)

地?zé)峋謱訙y(cè)溫，長(zhǎng)線纜數(shù)字信號(hào)傳輸，多點(diǎn)同步采集，地溫梯度測(cè)試，10米間隔密集測(cè)點(diǎn)，溫度?水位一體化監(jiān)測(cè)，地溫梯度曲線生成

三、軟件平臺(tái)類(lèi)

地?zé)嵩票O(jiān)測(cè)平臺(tái)，移動(dòng)端小程序，無(wú)人值守在線監(jiān)測(cè)，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集，溫度異常AI預(yù)警，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)導(dǎo)出

四、行業(yè)應(yīng)用類(lèi)

地源熱泵，淺層地?zé)豳Y源，復(fù)合熱泵系統(tǒng)，地?zé)釗Q熱井，井筒結(jié)垢堵塞故障診斷，回灌通道監(jiān)測(cè)，地?zé)峋淳\(yùn)維，水文地質(zhì)勘察，冀中坳陷地?zé)峥辈?/span>

五、行業(yè)對(duì)比與技術(shù)突破類(lèi)

友商淺層測(cè)溫瓶頸（150?300m），北京鴻鷗成運(yùn)，國(guó)產(chǎn)化深井監(jiān)測(cè)裝備，800m深度技術(shù)突破，地下空間分層檢測(cè)升級(jí)，中深層地?zé)峋O(jiān)測(cè)研發(fā)