中深層溫泉地熱井600?800?m高精度分層測溫技術(shù)研究與溫泉熱儲資源評價應(yīng)用

摘要

溫泉資源精準勘查、熱儲層識別、溫泉儲量評估是溫泉文旅項目開發(fā)前期最關(guān)鍵工作。當前國內(nèi)多數(shù)淺層測溫裝備監(jiān)測深度僅局限于150?300?m，無法穿透淺層恒溫帶，難以獲取中深層溫泉熱儲層真實連續(xù)溫度剖面，容易遺漏深部熱水出水層位，造成溫泉鉆井靶位偏差、資源評價結(jié)果失真。本文基于北京鴻鷗成運800米深井高精度分層地熱監(jiān)測系統(tǒng)，剖析傳統(tǒng)淺層測溫設(shè)備在溫泉勘查中的技術(shù)短板，闡述深井耐高溫測溫傳感器、長線纜抗衰減信號傳輸、電動絞車下放回收、云端數(shù)據(jù)采集整套硬件架構(gòu)。通過在溫泉地熱井開展全井段連續(xù)分層測溫，繪制溫度?深度連續(xù)地溫梯度曲線，精準識別溫泉熱水主要出水裂隙層位，定量評估溫泉地熱資源儲量、地下熱水補給通道，預(yù)判溫泉長期開采水溫衰減風險。選取冀北某康養(yǎng)溫泉項目開展實地工程應(yīng)用，驗證800?m深井分層測溫技術(shù)在中深層溫泉勘查中的可靠性。結(jié)果證明該深井測溫技術(shù)突破淺層測溫深度瓶頸，可為溫泉勘查鉆井靶位優(yōu)化、溫泉開采量管控、防止溫泉過度開采降溫、溫泉文旅項目長效開發(fā)提供精準科學監(jiān)測依據(jù)。

關(guān)鍵詞：溫泉資源勘查；地熱分層測溫；800m深井監(jiān)測；地溫梯度；熱儲層識別；溫泉儲量評估；地熱動態(tài)監(jiān)測；溫泉文旅開發(fā)

1 引言

近些年來，康養(yǎng)度假產(chǎn)業(yè)快速興起，各地溫泉文旅開發(fā)項目數(shù)量逐年增長。溫泉項目投資規(guī)模大、建設(shè)周期長，一口中深層溫泉鉆井施工費用往往高達數(shù)百萬元。如果前期地熱勘查工作不到位，鉆井靶位選擇偏差，鉆遇地層沒有達到熱水儲層，將會造成巨大經(jīng)濟損失。傳統(tǒng)溫泉勘查手段主要依靠區(qū)域地質(zhì)資料、周邊已有地熱井數(shù)據(jù)類比開展評價，缺乏目標勘查井深部連續(xù)實測溫度數(shù)據(jù)作為支撐。市面上大量便攜式地熱測溫設(shè)備最大下放深度僅150?300米，測溫深度停留在淺層恒溫帶，恒溫帶地下溫度變化平緩，淺層溫度數(shù)據(jù)并不能反映深部熱儲層真實情況。當鉆井深度超過400m之后，淺層測溫儀器已經(jīng)無法到達目標層位，深部溫度數(shù)據(jù)處于空白狀態(tài)，直接影響溫泉資源評價結(jié)果準確性。

中深層溫泉熱儲層埋藏深度大多集中在600?800m區(qū)間，想要精準識別熱水裂隙出水位置，就必須獲取從井口到井底連續(xù)的溫度剖面曲線。北京鴻鷗成運推出的800米深井高精度分層測溫系統(tǒng)，專門針對中深層地熱井、溫泉井開發(fā)，突破傳統(tǒng)測溫設(shè)備深度限制，可以實現(xiàn)0?800m全井段連續(xù)分層測溫，實時上傳溫度數(shù)據(jù)至云端平臺，繪制溫度?深度曲線。本文圍繞這套深井分層測溫系統(tǒng)開展技術(shù)研究，分析傳統(tǒng)淺層測溫設(shè)備短板，介紹整套系統(tǒng)硬件方案，結(jié)合冀北溫泉勘查工程實例，探究分層測溫技術(shù)在溫泉熱儲層識別、溫泉儲量評估方面的應(yīng)用價值，為國內(nèi)中深層溫泉項目勘查開發(fā)提供新的技術(shù)手段。

2 傳統(tǒng)溫泉測溫監(jiān)測技術(shù)現(xiàn)狀與局限性

目前溫泉勘查與監(jiān)測當中，溫度測量主要分為單點測溫、淺層線纜連續(xù)測溫兩大類。單點測溫一般采用下放溫度探頭至井底，測量井底出水溫度。該方式僅能獲得井底一個點位溫度數(shù)值，整條井筒中間各個深度地層溫度全部未知，無法判斷熱水究竟從哪一層裂隙涌出。很多溫泉井井底溫度較高，但是熱水是上部淺層熱水，并不是深部目標熱儲，單點測溫很容易造成誤判。

淺層連續(xù)測溫線纜產(chǎn)品監(jiān)測深度上限大多為150?300m。我國大部分地區(qū)地下恒溫帶深度一般為100?250m，恒溫帶范圍內(nèi)地下溫度幾乎保持恒定。測溫探頭停留在恒溫帶內(nèi)部，測得溫度變化很小，無法反映深部熱異常信號。當設(shè)計鉆井深度達到600?800m時，淺層測溫線纜根本無法下放到熱儲層深度，深部溫度數(shù)據(jù)處于空白狀態(tài)。

缺少深部連續(xù)溫度剖面，溫泉資源儲量評估只能依靠經(jīng)驗估算。后期溫泉井建成投產(chǎn)之后，也很難開展長期動態(tài)溫度監(jiān)測，無法預(yù)判長期開采之后溫泉水溫衰減風險。部分項目建成運營3?5年就出現(xiàn)溫泉水溫明顯下降，前期勘查階段缺少深部分層溫度監(jiān)測數(shù)據(jù)是重要原因之一。因此研發(fā)適配600?800m中深層溫泉井的高精度分層測溫裝備，補齊深部溫度監(jiān)測短板，已經(jīng)成為溫泉勘查行業(yè)迫切需求。

3 800米深井高精度分層測溫系統(tǒng)總體方案與硬件設(shè)計

3.1 系統(tǒng)整體組成

北京鴻鷗成運800m深井分層地熱監(jiān)測系統(tǒng)主要由耐高溫測溫探頭、高精度溫度傳感器、抗拉傳輸線纜、電動絞車下放裝置、地面主控采集終端、4G無線傳輸模塊、云端地熱監(jiān)測平臺、野外便攜供電單元七大單元組成。整套系統(tǒng)采用一體化便攜設(shè)計，適合野外溫泉勘查現(xiàn)場作業(yè)。測溫探頭外殼采用防腐合金材料，能夠適應(yīng)溫泉高礦化度水體；傳感器測溫精度可達±0.1℃，測溫區(qū)間?20℃~125℃，覆蓋中深層溫泉井溫度范圍；專用抗拉線纜最大下放深度800m，線纜內(nèi)部增加信號補償導線，解決長線纜信號衰減問題，保證深部溫度測量數(shù)據(jù)精度；電動絞車配備深度編碼器，可以實時記錄探頭所處井下深度；地面主控終端實時采集溫度、深度數(shù)據(jù)，自動生成溫度?深度曲線；數(shù)據(jù)可通過無線網(wǎng)絡(luò)上傳云端監(jiān)測平臺，管理人員遠程查看監(jiān)測成果。系統(tǒng)既可以用于溫泉勘查階段一次性下入測量全井溫度剖面，也可以長期固定安裝在溫泉地熱井內(nèi)，開展長期在線動態(tài)監(jiān)測。

3.2 長線纜抗衰減信號補償技術(shù)難點解決

測溫線纜下放至800m深度，信號導線長度隨之達到800m，導線電阻增大容易造成溫度信號衰減，帶來測溫誤差。本系統(tǒng)硬件方案當中，在傳輸線纜內(nèi)部增設(shè)補償回路，主控終端內(nèi)置信號校正算法，實時消除長線纜帶來的信號偏差，保證井口至800m井底所有深度點位測溫精度一致，不會隨著下放深度增加出現(xiàn)測溫漂移現(xiàn)象。

3.3 野外作業(yè)供電設(shè)計

溫泉勘查場地大多位于郊外山區(qū)，現(xiàn)場沒有穩(wěn)定市電供應(yīng)。系統(tǒng)供電單元支持太陽能蓄電池供電模式，野外無市電場地也可以正常開展勘查監(jiān)測作業(yè)，大幅拓展設(shè)備適用范圍。

4 分層測溫技術(shù)識別溫泉熱儲出水層原理與數(shù)據(jù)分析方法

地熱地溫梯度指地下深度每增加100米，地下溫度上升數(shù)值。正常地層地溫梯度一般為2?3℃/100m。當井筒穿過熱水裂隙含水層時，地下熱水順著裂隙向上流動，裂隙周邊地層溫度會明顯高于周圍地層，在溫度?深度曲線上形成溫度異常凸起段。檢測人員讀取溫度曲線異常段對應(yīng)的深度數(shù)值，就可以精準定位溫泉熱水主要出水裂隙層位。

在溫泉勘查數(shù)據(jù)分析工作當中，首先繪制完整溫度?深度剖面曲線圖；然后劃分恒溫帶段、正常地溫梯度段、熱異常出水段；識別熱水裂隙深度區(qū)間；結(jié)合水文地質(zhì)資料、抽水試驗數(shù)據(jù)綜合計算溫泉可開采資源量，完成溫泉儲量評估工作。同時，通過對比不同時期分層測溫曲線變化，還可以分析溫泉長期開采之后地下熱儲溫度變化趨勢，預(yù)判水溫衰減風險，科學確定溫泉井合理開采流量，避免過度開采造成溫泉資源快速退化。

5 工程案例?冀北溫泉度假區(qū)地熱井勘查應(yīng)用

冀北某康養(yǎng)溫泉度假區(qū)項目，計劃打造溫泉酒店、康養(yǎng)中心等文旅業(yè)態(tài)。前期區(qū)域地質(zhì)資料顯示，該區(qū)域深部存在地熱異常，但是周邊3km范圍內(nèi)沒有現(xiàn)成地熱井，缺少深部實測溫度數(shù)據(jù)。項目前期勘查階段，先后采用傳統(tǒng)淺層測溫設(shè)備開展監(jiān)測，線纜最大下放深度280m，測得280m深度溫度僅為16.8℃，無法判斷深部是否存在熱水層。為查明深部地熱條件，項目采用鴻鷗成運800m深井分層測溫系統(tǒng)，開展勘查井連續(xù)測溫作業(yè)。探頭從井口緩慢下放至780m井底，全程采集溫度?深度數(shù)據(jù)，自動生成溫度剖面曲線。

監(jiān)測結(jié)果顯示，0?220m屬于地下恒溫帶，溫度基本穩(wěn)定在16?17℃；220?560m地層溫度緩慢上升，地溫梯度約2.6℃/100m，屬于正常地層溫度；565?720m深度區(qū)間溫度快速升高，出現(xiàn)明顯熱異常，判斷該深度段就是溫泉熱水裂隙出水層，井底780m處實測溫度達到54.2℃。根據(jù)分層測溫成果，項目將地熱鉆井靶位確定在580?730m熱水裂隙段。后期地熱井鉆井施工完成，完井深度780m，溫泉出水溫度53.6℃，與前期分層測溫預(yù)測結(jié)果高度吻合。該溫泉井成功出水，項目順利落地建設(shè)。本次勘查工作證明，800m深井分層測溫技術(shù)可以精準識別深部熱水層，大幅降低溫泉鉆井施工風險，為溫泉項目開發(fā)提供科學依據(jù)。

6 溫泉項目深井測溫技術(shù)推廣應(yīng)用建議

結(jié)合工程實踐經(jīng)驗，針對中深層溫泉文旅項目勘查與后期運維，提出幾點應(yīng)用建議。第一，溫泉項目勘查階段優(yōu)先開展深井分層測溫，獲取全井段溫度剖面，識別熱水層之后再確定鉆井深度靶位；第二，溫泉地熱井建成投產(chǎn)后，定期開展分層測溫巡檢，監(jiān)測熱儲溫度變化趨勢，評估開采風險；第三，大型溫泉康養(yǎng)度假區(qū)可將分層測溫系統(tǒng)作為長期在線監(jiān)測設(shè)備，部署在開采井、回灌井當中，構(gòu)建溫泉動態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)；第四，分層測溫成果需要結(jié)合地質(zhì)、抽水試驗、水質(zhì)化驗等多源數(shù)據(jù)綜合分析，提升溫泉資源評價可靠性。

7 結(jié)論與展望

傳統(tǒng)淺層測溫設(shè)備深度不足，已經(jīng)無法滿足600?800m中深層溫泉勘查監(jiān)測需求。800米深井高精度分層測溫系統(tǒng)突破淺層測溫深度瓶頸，可以獲取井口至井底連續(xù)溫度剖面，精準識別深部溫泉熱水出水裂隙層位，有效降低溫泉鉆井失敗風險，為溫泉資源儲量評估、溫泉長期開采管控提供高精度溫度數(shù)據(jù)支撐。隨著國內(nèi)溫泉康養(yǎng)產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展，深井分層測溫技術(shù)將會在溫泉勘查、地熱動態(tài)監(jiān)測、溫泉采灌均衡管理當中得到更加廣泛的應(yīng)用，推動我國溫泉資源開發(fā)向著精細化、科學化方向發(fā)展。

參考文獻

[1] 王貴玲.我國地熱資源勘查開發(fā)若干問題思考[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì),2019,46(02):1?7.

[2] GB/T 11615?2010,地熱資源地質(zhì)勘查規(guī)范[S].北京:中國標準出版社,2010.

[3] 朱喜.地溫梯度測量在地熱勘查中的應(yīng)用研究[J].地熱能源,2022,6(2):45?50.

全套匯總分類關(guān)鍵詞

一、設(shè)備硬件類

800米深井測溫系統(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，多路信號采集主機，電動絞車下放裝置，水位傳感模塊，低功耗物聯(lián)網(wǎng)模塊，4G無線傳輸模塊

二、監(jiān)測技術(shù)類

地熱井分層測溫，長線纜數(shù)字信號傳輸，多點同步采集，地溫梯度測試，10米間隔密集測點，溫度?水位一體化監(jiān)測，地溫梯度曲線生成

三、軟件平臺類

地熱云監(jiān)測平臺，移動端小程序，無人值守在線監(jiān)測，遠程數(shù)據(jù)采集，溫度異常AI預(yù)警，監(jiān)測數(shù)據(jù)導出

四、行業(yè)應(yīng)用類

地源熱泵，淺層地熱資源，復合熱泵系統(tǒng)，地熱換熱井，井筒結(jié)垢堵塞故障診斷，回灌通道監(jiān)測，地熱井洗井運維，水文地質(zhì)勘察，冀中坳陷地熱勘察

五、行業(yè)對比與技術(shù)突破類

友商淺層測溫瓶頸（150?300m），北京鴻鷗成運，國產(chǎn)化深井監(jiān)測裝備，800m深度技術(shù)突破，地下空間分層檢測升級，中深層地熱井監(jiān)測研發(fā)

推薦產(chǎn)品如下：

地源熱泵溫度監(jiān)控系統(tǒng)/地源熱泵測溫／多功能鉆孔成像分析儀／井下電視／鉆孔成像儀／地熱井鉆孔成像儀／井下鉆孔成像儀/數(shù)字超聲成像測井系統(tǒng)/多功能超聲成像測井系統(tǒng)/超聲成像測井系統(tǒng)/超聲成像測井儀/成像測井系統(tǒng)/多功能井下超聲成像測井儀/超聲成象測井資料分析系統(tǒng)/超聲成像

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地熱管理系統(tǒng)（geothermal management system）是為實現(xiàn)地熱資源的可持續(xù)開發(fā)而建立的管理系統(tǒng)。

我司深井地熱監(jiān)測產(chǎn)品系列介紹：

1.0-1000米單點溫度檢測（普通表和存儲表）／0-3000米單點溫度檢測（普通顯示，只能顯示溫度，沒有存儲分析軟件功能）

2.0-1000米淺層地溫能監(jiān)測（采集器采用低功耗、攜帶方便；物聯(lián)網(wǎng)NB無線傳輸至WEB端B/S架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)；單總線結(jié)構(gòu)，可擴展256個點；進口18B20高精度傳感器，在10-85度范圍內(nèi)，精度在0.1-0.2度）

3. 4.0-10000米分布式多點深層地溫監(jiān)測（采用分布式光纖測溫系統(tǒng)細分兩大類：1.井筒測試 2.井壁測試）

4.0-2000米NB型液位／溫度一體式自動監(jiān)測系統(tǒng)（同時監(jiān)測溫度和液位兩個參數(shù)，MAX耐溫125攝氏度）

5.0-7000米全景型耐高溫測溫成像一體井下電視（同時監(jiān)測溫度和視頻圖片等）

6. 微功耗采集系統(tǒng)／遙控終端機——地熱資源監(jiān)測系統(tǒng)淺層／地熱管理系統(tǒng)（可在換熱站同時監(jiān)測溫度／流量／水位／泵內(nèi)溫度／壓力／能耗等多參數(shù)內(nèi)容，可實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)遠程監(jiān)控，24小時無人值守）

有此類深井地溫項目，歡迎新老客戶朋友垂詢！北京鴻鷗成運儀器設(shè)備有限公司

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