CN105184035A - 一种确定地下热水可开采量的开采井优化布局方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种确定地下热水可开采量的地热井优化布局方法，包括有如下步骤：给定计算区面积F、开采井井管半径r_ω和地下热水开采年限t，根据计算区水文地质和经济技术条件给定设计水位降深S_max；依据单井非稳定流抽水试验资料确定导水系数T及弹性释水系数μ^*；根据导水系数T、弹性释水系数μ^*，选用绘制设计水位降深时单位可开采量Q_采/S_max和地下热水开采井数n的关系曲线；选取(Q_采/S_max)～n关系曲线变化陡峭和平缓的分界点，确定优化布局井数n_采和单位可开采量Q_采/S_max；根据优化布局井数n_采、单位可开采量Q_采/S_max、设计水位降深S_max，确定地下热水可开采量并应用于工程实践。

Description

一种确定地下热水可开采量的开采井优化布局方法

技术领域

本发明涉及一种确定地下热水可开采量的开采井优化布局方法，是一种自行设计的保证同样设计降深和相同开采井数条件下，计算地下热水可开采量的优化布井法。根据地下热储含水层的导水系数、弹性释水系数、单井开采量、开采井影响半径、设计水位降深等参数，选择优化布井方案，实现自动确定地下热水可开采量的要求。本方法适用于大面积分布、顶底板水平、层间水力联系不密切、均质各向同性的孔隙型地下热水承压含水层。

背景技术

孔隙型地下热水作为一种洁净且具有“温、矿、水”综合特征的资源，其设计降深条件下可开采量的确定对于地下热水的开发利用及保护具有重要意义。传统的确定地下热水可开采量的均匀布井方法，在达到设计水位降深时由于单井开采量系人为给定，故确定的开采井数也表现出一定的随意性，所确定的地下热水可开采量受人为影响严重。

一种确定地下热水可开采量的开采井优化布局方法可以较好地解决上述问题，以均匀布井法为基础，依据计算区面积、开采井管半径、开采年限，综合考虑地下热储含水层的导水系数、弹性释水系数、设计水位降深等因素，引入井数与单位开采量的概念，达到优化布局开采井并自动确定地下热水可开采量的目的。

发明内容

本发明针对传统的均匀布井方法实际应用过程的随意性，提出了自行优化确定地下热水可开采量的实践方法。该方法应用地下热水含水层的导水系数、弹性释水系数、计算区面积、开采井管半径、开采年限等参数，在满足设计水位降深的基础上，实现了优化布局开采井条件下地下热水可开采量的确定。

本发明提供了一种确定地下热水可开采量的地热井优化布局方法。包括设计水位降深、导水系数、弹性释水系数、计算点水位降深、单位可开采量Q_采/S_max、优化布局井数n_采、地下热水可开采量确定。具体步骤如下：

步骤一，给定计算区面积F(单位为km²)、开采井管半径r_ω(单位为m)和地热水开采年限t(单位为d)；根据计算区水文地质和经济技术条件给定设计水位降深S_max(单位为m)；

步骤二，依据单井非稳定流抽水试验资料确定地下热水含水层的导水系数T(单位为m²/d)及弹性释水系数μ^*；

步骤三，根据导水系数T、弹性释水系数μ^*，选用承压完整井定流量非稳定流公式确定计算点的水位降深(单位为m)，式中S为抽水影响范围内，任一点任一时刻的水位降深，m；Q为单个抽水井开采量，m³/d；r为计算点到开采井的距离(单位为m)，当计算点位于开采井时取开采井管半径r_ω，t为地热水开采年限；

步骤四，设计计算区有n眼地下热水开采井，确定某计算点水位降深的公式为 $S=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}\frac{Q}{4\mathrm{\π}T}W\left(\mathrm{\μ}\right);$

步骤五，计算区所有水井的开采量相同时，某计算点的单位开采量计算公式为计算区地下热水可开采量为Q_采＝n×Q，其中n为地下热水开采井数；

步骤六，地下热水开采期末计算区中心井达到设计水位降深S_max时，单位可开采量计算公式为绘制地下热水含水层的(Q_采/S_max)～n关系曲线，其中单位可开采量Q_采/S_max的单位为(m³/d)/m；

步骤七，根据地下热水含水层的(Q_采/S_max)～n关系曲线，选取随地下热水开采井数n增加单位可开采量Q_采/S_max不再显著增加的点(即(Q_采/S_max)～n关系曲线变化陡峭和平缓的分界点)，相应的地下热水开采井数n和单位可开采量Q_采/S_max为开采井优选布局条件下的优化布局井数n_采和相应的单位可开采量Q_采/S_max；

步骤八，根据优化布局井数n_采、单位可开采量Q_采/S_max、设计水位降深S_max，确定地下热水可开采量Q_采(单位为m³/d)并应用于工程实践。

附图说明

图1是地下热水开采井正方形布局方案示意图，图中座标原点位于计算区中心的井上，横排沿X轴方向，以i＝-M,…-2,-1,0,1,2,…,M编号；纵排沿y轴方向，以j＝-K,…,-2,-1,0,1,2,…,K编号；任一井的编号为(i，j)，任一井到中心井的距离式中r₀为井排间距(单位为m)，井排间距中心井的编号为(0，0)，中心井r取开采井管半径r_ω；，F为计算区面积，n为地下热水开采井数(单位为眼)；

图2是确定800～1000m地下热水含水层设计水位降深时单位可开采量Q_采/S_max和地下热水开采井数n的关系曲线，图中纵坐标为单位可开采量Q_采/S_max，横坐标为地下热水开采井数n；

图3是确定1000～1200m地下热水含水层设计水位降深时单位可开采量Q_采/S_max和地下热水开采井数n的关系曲线，图中纵坐标为单位可开采量Q_采/S_max，横坐标为地下热水开采井数n。

具体实施方式

本发明提供了一种确定地下热水可开采量的地热井优化布局方法。

下面以开封市主城区为计算区的800～1000m、1000～1200m地下热水含水层为例进行进一步说明。具体步骤如下：

(1)计算区面积165.23km²，地下热水开采井管半径0.08m；根据当地水文地质和经济技术条件，计算区的800～1000m、1000～1200m地下热水含水层设计水位降深50m，开采年限30年；

(2)根据单井非稳定流抽水试验资料，确定导水系数T和弹性释水系数μ^*，见表1；地下热水开采井布局方案为正方形，见图1；

表1例区计算参数

(3)将已知的导水系数T、弹性释水系数μ^*、开采期限t、某一开采井到中心井的距离r代入公式绘制(Q_采/S_max)～n的关系曲线，见图2与图3；

(4)根据图2与图3选择曲线变化陡峭和平缓的分界点，得到优化布局井数n_采、相应的井排间距r₀和单位可开采量Q_采/S_max，见表2；

表2开采井优化布局方案参数

(5)根据优化布局井数n_采(井排间距r₀)、单位可开采量Q_采/S_max和设计水位降深S_max，确定地下热水可开采量并应用于工程实践。

Claims (5)

1.一种确定地下热水可开采量的开采井优化布局方法，其特征在于，确定地下热水可开采量的步骤如下：

步骤一，给定计算区面积F(单位为km²)、开采井井管半径r_ω(单位为m)和地热水开采年限t(单位为d)；根据计算区水文地质和经济技术条件给定设计水位降深S_max(单位为m)；

步骤二，依据单井非稳定流抽水试验资料确定地下热水含水层的导水系数T(单位为m²/d)及弹性释水系数μ^*；

步骤三，根据导水系数T、弹性释水系数μ^*，选用承压完整井定流量非稳定流公式确定计算点的水位降深(单位为m)，式中的S为抽水影响范围内，任一点任一时刻的水位降深，m；Q为单个抽水井开采量，m³/d； r为计算点到开采井的距离(单位为m)，当计算点位于开采井时取开采井管半径r_ω，t为地热水开采年限；

步骤四，设计计算区有n眼地下热水开采井，确定某计算点水位降深的公式为

步骤五，计算区所有水井的开采量相同时，某计算点单位开采量计算公式为计算区地下热水可开采量为Q_采＝n×Q；

步骤六，地下热水开采期末计算区中心井达到设计水位降深S_max时，单位可开采量计算公式为绘制地下热水含水层的(Q_采/S_max)～n关系曲线，其中单位可开采量Q_采/S_max的单位为(m³/d)/m；

步骤七，根据(Q_采/S_max)～n关系曲线，选取随地下热水开采井数n增加Q_采/S_max不再显著增加的点(即(Q_采/S_max)～n关系曲线变化陡峭和平缓的分界点)，相应的n和Q_采/S_max为开采井优选布局条件下的优化布局井数n_采和相应的单位可开采量Q_采/S_max；

步骤八，根据优化布局井数n、单位可开采量Q_采/S_max、设计水位降深S_max，确定地下热水可开采量(单位为m³/d)并应用于工程实践。

2.根据权利要求1所述的一种确定地下热水可开采量的开采井优化布局方法，其特征在于，在步骤一中，设计水位降深S_max需根据计算区水文地质和经济技术条件确定。

3.根据权利要求1所述的一种确定地下热水可开采量的开采井优化布局方法，其特征在于，在步骤二中，地下热水含水层的导水系数T(m²/d)及弹性释水系数μ^*应依据单井非稳定流抽水试验资料确定。

4.根据权利要求1所述的一种确定地下热水可开采量的开采井优化布局方法，其特征在于，在步骤三中，式中的 其中：Q为单个抽水井涌水量(m³)，S为水位降深(m)，r为计算点到开采井的距离(m)，当计算点位于开采井时取开采井管半径r_ω(m)，t为地热水开采年限(d)。

5.根据权利要求1所述的一种确定地下热水可开采量的开采井优化布局方法，其特征在于，在步骤七中，(Q_采/S_max)～n关系曲线的变化陡峭和平缓的分界点对应的n和Q_采/S_max为优化布局井数和相应的单位可开采量。