CN114645701B - 基于构造应力场的碳酸盐岩地热井定井方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于碳酸盐岩地热资源勘查和找矿技术领域，提供了基于构造应力场的碳酸盐岩地热井定井方法，该方法包括以下步骤：步骤1：构造应力场分析：确定区域断裂构造产状和主应力方向、确定目标区断裂构造产状和主应力方向以及判断拟定井位附近主应力方向；步骤2：碳酸盐岩热储地热水动力条件分析：获得基于构造应力场条件下断裂带和层间岩溶发育区地热水的径流特征；步骤3：通过断裂受力状况、导水性识别以及精准物探勘查的方式，确定碳酸盐岩构造定井模式；步骤4：通过层间侵蚀性分析，确定碳酸盐岩热储层层间岩溶定井模式，最后确定钻孔位置，本发明通过上述步骤能够减少地热资源勘查成本，提高地热找矿的准确性。

Description

基于构造应力场的碳酸盐岩地热井定井方法

技术领域

本发明涉及碳酸盐岩地热资源勘查和找矿技术领域，具体是基于构造应力场的碳酸盐岩地热井定井方法。

背景技术

碳酸盐岩热储层具有地热资源丰富、开采条件好、单井涌水量大、易回灌等特点，是中深层地热资源开发利用的主要热储层之一。但因热储层埋深大、裂隙岩溶发育不均，勘查找矿定井难度大。

岩溶发育受构造断裂，特别是张性或张扭性断裂控制，与层间岩溶发育构成岩溶裂隙发育网络，成为地下热水的赋存空间。而压性断裂和压扭性断裂由于高压、高温下，岩石压成粉末甚至胶结而无水。

单纯依赖地球物理勘探方法，大范围面状布设物探测线，查找导水断裂工作量大，投入高；受地层岩性的影响，物探存在多解性，电阻率对岩溶识别可能存在失真，一定程度上降低了地热勘查的准确性，增加了勘查成本。因此，针对以上现状，迫切需要提供基于构造应力场的碳酸盐岩地热井定井方法，以克服当前实际应用中的不足。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供基于构造应力场的碳酸盐岩地热井定井方法，旨在解决以下问题：现有的单纯依赖地球物理勘探方法，大范围面状布设物探测线，查找导水断裂工作量大，投入高；受地层岩性的影响，物探存在多解性，电阻率对岩溶识别可能存在失真，一定程度上降低了地热勘查的准确性，增加了勘查成本，因此难以得到广泛应用。

本发明实施例是这样实现的，基于构造应力场的碳酸盐岩地热井定井方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：构造应力场分析：确定区域断裂构造产状和主应力方向、确定目标区断裂构造产状和主应力方向以及判断拟定井位附近主应力方向；

步骤2：碳酸盐岩热储地热水动力条件分析：获得基于构造应力场条件下断裂带和层间岩溶发育区地热水的径流特征；

步骤3：通过断裂受力状况、导水性识别以及精准物探勘查的方式，确定碳酸盐岩构造定井模式；

步骤4：通过层间侵蚀性分析，确定碳酸盐岩热储层层间岩溶定井模式，最后确定钻孔位置。

作为本发明进一步的方案：在步骤1中，构造应力场分析的具体步骤为：

通过对地质、构造、地震资料和GPS大地测量数据的收集分析，建立区域造应力场，确定区域断裂构造产状和主应力方向；

通过野外节理测量，形成节理玫瑰花图、吴氏网投影图和煤矿三维地震中的一种或多种资料，建立碳酸盐岩热储层目标区构造应力场，确定目标区断裂构造产状和主应力方向；

通过地层受力抬升信息、倾斜信息、几何信息以及岩性信息，确定拟定井位附近主应力方向。

作为本发明进一步的方案：在步骤2中，碳酸盐岩热储地热水动力条件分析的具体步骤为：

通过对地层岩性、地热钻探、测井以及抽水试验中的一种或多种资料综合分析，并进行地热水的水位和水温监测，确定基于构造应力场条件下断裂带和层间岩溶发育区地热水的径流特征。

作为本发明进一步的方案：在步骤3中，断裂受力状况及导水性识别的具体方法为：

平行主应力方向的断裂为张性导水断裂，且与张性断裂成锐角的断裂，是张扭性断裂，导水性较好；

垂直主应力方向的断裂为压性阻水断裂，且与压性断裂成锐角的断裂，是压扭性断裂，导水性差。

作为本发明进一步的方案：在步骤3中，通过断裂产状、受力状况及导水性识别，进行“MT”和“WFEM”物探勘查和解释工作，在“V”型或“U”低阻带，张性断裂上盘确定地热井目标靶区位置，在目标靶区内根据导水断层倾角，钻孔垂向进入热储层200m以内钻遇导水断裂的深度，计算确定钻孔与断层的水平垂向距离，精准的确定钻孔位置，张性断裂交叉部位为定井的位置。

作为本发明进一步的方案：在步骤4中，确定钻孔位置的具体步骤为：

通过构造应力分析，确定储层抬升部位及产状，根据抬升部位热储层岩性、沉积间断地层和时长，以及根据可溶性岩石与弱可溶性岩石接触面的裂隙发育特征，分析层间岩溶侵蚀部位、强度及时长，最后在层间岩溶遭受侵蚀时间长、盖层厚度小的以及地下水径流条件好的富水地段确定钻孔位置。

与现有技术相比，本发明实施例的有益效果：本发明基于构造应力场分析，确定碳酸盐岩热储层区域、目标区和拟定地热井附近主应力方向，确定断裂性质和导水性能，指导开展“MT”和“WFEM”物探勘查和解译工作，提出碳酸盐岩构造和层间岩溶定井模式，减少地热资源勘查成本，提高地热找矿的准确性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的基于构造应力场的碳酸盐岩地热井定井方法图。

图2为本发明实施例碳酸盐岩构造定井模式图。

图3为本发明实施例碳酸盐岩层间岩溶定井模式图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

请参阅图1-图3，本发明实施例提供的基于构造应力场的碳酸盐岩地热井定井方法，该方法包括以下步骤：

步骤1：构造应力场分析，通过对地质、构造、地震资料和GPS大地测量数据的收集分析，建立区域造应力场，确定区域断裂构造产状和主应力方向；通过野外节理测量，形成节理玫瑰花图、吴氏网投影图和煤矿三维地震等资料，建立碳酸盐岩热储层目标区构造应力场，确定目标区断裂构造产状和主应力方向；通过地层受力抬升信息、倾斜信息、几何信息、岩性信息，判断拟定井位附近主应力方向；

图2中根据地层底板埋深等值线，地层北北东抬升，南南西下降，判断主应力方向为南南西；

步骤2：碳酸盐岩热储地热水动力条件分析，通过对地层岩性、地热钻探、测井、抽水试验等资料综合分析，开展地热水水位、水温监测，得到基于构造应力场条件下断裂带、层间岩溶发育区地热水径流特征；

图1中沿断裂带地热水径流向方有水平和垂向两种形式；在层间岩溶地热水一般为水平径流；

步骤3：通过断裂受力状况及导水性识别，提出碳酸盐岩构造定井模式：

断裂受力状况及导水性识别：平行主应力方向的断裂为张性、导水断裂；与张性断裂成锐角的断裂，是张扭性断裂，导水性较好；垂直主应力方向的断裂为压性、阻水断断裂；与压性断裂成锐角的断裂，是压扭性断裂，导水性差；

图2中F1断裂和F1支断裂均与主应力方向呈锐角，为张扭性断裂，导水性较好；

精准物探勘查：在断裂受力状况及导水性识别的基础上，垂直于导水断裂开展“MT”和“WFEM”物探勘查工作，查明断裂带附近视电阻率“V”型或“U”低阻带；该方法布设物探线可减少物探工作量的投入，基本沿地层走向方向，消除地层岩性对解译结果的影响，精准确定深部断裂位置；

图2左中垂直于F1断裂和F1支断裂布设“MT”和“WFEM”勘查线，图2右查明验证“V”型或“U”低阻带位置，进一步确定深部断裂位置；

酸盐岩热储层构造岩溶定井模式：根据应力场分析结果、酸盐岩热储地热水动力条件分析结果、断裂受力状况及导水性识别分析结果以及精准物探勘查分析结果，在“V”型或“U”低阻带，张性断裂上盘确定地热井目标靶区位置，在目标靶区内根据导水断层倾角，钻孔垂向进入热储层200m以内钻遇该导水断裂的深度，计算确定钻孔与断层的水平垂向距离，精准的确定钻孔位置，达到地热井涌水量最大的目的；张性断裂交叉部位亦是定井的最佳位置；

其中在张性断裂面两侧，岩石破碎，它不仅是蓄水的空间，更是沟通汇集其附近岩体构造裂隙网、岩溶的主要通道，富含侵蚀性CO₂的地下水在其内长期径流，使通道附近裂隙岩溶发展扩大，形成富水地段；垂直于张性断裂布设2～3条“MT”或“WFEM”物探勘查，线距200～500m，点距50m，查明断裂带附近视电阻率“V”型或“U”低阻带；

步骤4：层间侵蚀性分析：通过步骤1-步骤3构造应力分析，确定储层抬升部位及产状，根据抬升部位热储层岩性、沉积间断地层和时长，可溶性岩石与弱(非)可溶性岩石接触面的裂隙发育特征，分析层间岩溶侵蚀部位、强度及时长；碳酸盐岩热储裸露时间越长，经受冲刷、风化、淋滤、溶蚀的时间也就越长，越有利于储层的岩溶发育，上覆地层为第四系、新近系的地热井裂隙岩溶发育最为强烈；上覆地层为石炭—二叠系的地热井裂隙岩溶发育次之，并且石炭—二叠系厚度越大，地下水流运动越滞缓，水的溶蚀能力基本丧失，岩溶作用以沉淀充填为主，使古岩溶孔缝致密化，奥陶系裂隙岩溶发育越弱；因此，碳酸盐岩地热井层间岩溶定井模式为：通过构造应力分析，确定碳酸盐岩热储抬升部位及产状；根据抬升部位热储层岩性、沉积间断地层和时长，分析层间岩溶侵蚀部位及发育程度；在层间岩溶遭受侵蚀时间长、盖层厚度小的以及地下水径流条件好的富水地段确定钻孔位置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.基于构造应力场的碳酸盐岩地热井定井方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1：构造应力场分析：确定区域断裂构造产状和主应力方向、确定目标区断裂构造产状和主应力方向以及判断拟定井位附近主应力方向；

步骤2：碳酸盐岩热储地热水动力条件分析：获得基于构造应力场条件下断裂带和层间岩溶发育区地热水的径流特征；

步骤3：通过断裂受力状况、导水性识别以及精准物探勘查的方式，确定碳酸盐岩构造定井模式；

步骤4：通过层间侵蚀性分析，确定碳酸盐岩热储层层间岩溶定井模式，最后确定钻孔位置；

在所述步骤1中，构造应力场分析的具体步骤为：

通过对地质、构造、地震资料和GPS大地测量数据的收集分析，建立区域造应力场，确定区域断裂构造产状和主应力方向；

通过野外节理测量，形成节理玫瑰花图、吴氏网投影图和煤矿三维地震中的一种或多种资料，建立碳酸盐岩热储层目标区构造应力场，确定目标区断裂构造产状和主应力方向；

通过地层受力抬升信息、倾斜信息、几何信息以及岩性信息，确定拟定井位附近主应力方向；

在所述步骤2中，碳酸盐岩热储地热水动力条件分析的具体步骤为：

通过对地层岩性、地热钻探、测井以及抽水试验中的一种或多种资料综合分析，并进行地热水的水位和水温监测，确定基于构造应力场条件下断裂带和层间岩溶发育区地热水的径流特征；

在所述步骤3中，断裂受力状况及导水性识别的具体方法为：

平行主应力方向的断裂为张性导水断裂，且与张性断裂成锐角的断裂，是张扭性断裂，导水性较好；

垂直主应力方向的断裂为压性阻水断裂，且与压性断裂成锐角的断裂，是压扭性断裂，导水性差；

在所述步骤3中，通过断裂产状、受力状况及导水性识别，进行“MT”和“WFEM”物探勘查和解释工作，在“V”型或“U”低阻带，张性断裂上盘确定地热井目标靶区位置，在目标靶区内根据导水断层倾角，钻孔垂向进入热储层200m以内钻遇导水断裂的深度，计算确定钻孔与断层的水平垂向距离，精准的确定钻孔位置，张性断裂交叉部位宜为定井的位置；

在所述步骤4中，确定钻孔位置的具体步骤为：

通过构造应力分析，确定储层抬升部位及产状，根据抬升部位热储层岩性、沉积间断地层和时长，以及根据可溶性岩石与弱可溶性岩石接触面的裂隙发育特征，分析层间岩溶侵蚀部位、强度及时长，最后在层间岩溶遭受侵蚀时间长、盖层厚度小的以及地下水径流条件好的富水地段确定钻孔位置。