开采深部松散层地热引发地面沉降量的预测方法技术

本发明专利技术要解决的技术问题是提供一种开采深部松散层地热引发地面沉降量的预测方法。以期解决现有技术中开采深部松散层地热引发地面沉降量的预测方法耗时耗力，误差大，且不具有普遍应用价值的技术问题。本发明专利技术通过地热井钻探施工中获得地质资料和热储资料，根据产生地面沉降的机理建立模型，预测出地热资源开采后引发地面沉降的数值，为有效防治地面沉降提供理论基础和依据，为制定科学、合理的地热资源开采利用规划以及开采中如何采取回灌措施来保护地质环境服务；可广泛推广应用，可高效推动地热资源开采利用和地质环境保护等行业的技术进步，保证经济建设持续、绿色、稳定地发展。

Prediction method of land subsidence caused by geothermal exploitation in deep loose layer

【技术实现步骤摘要】
开采深部松散层地热引发地面沉降量的预测方法
本专利技术涉及地热资源开采
，具体涉及一种针对新近系地层的开采深部松散层地热引发地面沉降量的预测方法。
技术介绍
地热能是一种绿色低碳、可循环利用的可再生能源，具有储量大、分布广、环保、稳定等特点，是一种具有竞争力的清洁能源。但是，开采地热资源势必会引发一定量的地面沉降，而地面沉降是一种地质灾害和环境地质问题，严重时会对地面建（构）筑物和工程设施带来危害。如开采深部松散地层地热时，由于地层中固体颗粒间的部分热水被开采，造成热储层的水头压力降低，热储层固体颗粒之间的空间在原有有效应力发生变化后被压缩，形成深部层位大面积的垂直位移，位移传至地面则引发地面沉降。地面沉降是一种常见的地质灾害和严重的环境地质问题，地面沉降严重时会破坏地表和浅部地下的建（构）筑物，尤其是对地铁、地下综合管廊等构筑物危害极大。因此，在开采深部地热的同时需要定量测算地热开采对环境造成的影响，科学、合理制定地热资源开采利用规划和相应的环境保护措施。然而，由于地热开采层位一般在深部特定层位，目前国内还没有一个预测其引发地面沉降的成熟方法。天津、北京等地都是在地热开采区内设置了基岩标和大量的分层标用于监测不同层位的地层沉降情况，进而总结出地热开采引发地面沉降的地区经验方法。但这种方法存在着不足之处：耗费大量的人力物力，而且在没有设置基岩标、分层标的地区，地热开采引发地面沉降值是没办法获得的，难以推广应用。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种新近系地层的开采深部松散层地热引发地面沉降量的预测方法，以期解决现有技术中开采深部松散层地热引发地面沉降量的预测方法耗时耗力，误差大，应用价值低的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：提供一种开采深部松散层地热引发地面沉降量的预测方法，包括以下步骤：（1）检测开采地热储层及上部覆盖土层的地质参数、热储层土体压缩模量，地热开采利用期间深层热水水头下降值和地热开采影响范围值；所述开采地为新近系地层；（2）根据步骤（1）中的检测数据建立地热开采层的土体压缩数学模型如式（I），计算地热水位下降后的地层压缩形变量s：——式（I）式中：s单位为m；α为沉降计算经验系数，取值为1；ρ为降水引起的土层平均附加有效应力，单位为kPa/m；h为热储层组平均等效厚度，单位为m；E为压缩模量，单位为kPa；（3）按式（II）计算地热开采引发的地面沉降量W：W=q×s×cosβ——式（II）式中：W单位为m；q为地表下沉系数，为0.4～0.6；s为步骤（2）所得地层压缩形变量；β为热储地层倾角。优选的，在所述步骤（1）中，所述地质参数由埋藏深度、厚度、自然水头高度和地层特征组成。优选的，在所述步骤（2）中，依据不同地区地热水矿物成分不同，密度不同，所述ρ=8～12kPa/m；进一步优选ρ=10kPa/m。优选的，在所述步骤（2）中，依据平均物理力学性质，馆陶组热储层为中粗砂，所述E=33～46kPa；进一步优选E=40kPa。优选的，在所述步骤（3）中，热储层为水平地层时，β=0。与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果在于：1.本专利技术通过地热井钻探施工中获得地质资料和热储资料，摒弃传统的产生地面沉降的机理，建立地热采空区的沉降模型，预测出地热资源开采后引发地面沉降的数值，为有效防治地面沉降提供理论基础和依据。2.本专利技术能够准确预测地热开采不同程度所引发的不同沉降量，定量评价地热开采对地质环境的影响，为制定科学、合理的地热资源开采利用规划以及开采中如何采取回灌措施来保护地质环境服务。3.本专利技术预测准确度高，适用没有设置基岩标、分层标的地区，能够科学评价地热开采对地质环境造成的影响；易于广泛推广应用，可高效推动地热资源开采利用和地质环境保护等行业的技术进步，保证经济建设持续、绿色、稳定地发展。附图说明图1为典型地热井之油田六社区1#地质剖面示意图。图2为典型地热井之油田六社区3#地质剖面示意图，图1和2中，滤水管段即为有效取水段。图3为典型地热井地质剖面示意图，图3中，馆陶组地层厚度299m，热储层等效厚度约240m。具体实施方式下面结合附图和实施例来说明本专利技术的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本专利技术，并不以任何方式限制本专利技术的范围。在以下实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备；所涉及的检测方法，如无特别说明，均为常规方法；所提及的降水，均为地热水开采时，深部热储层水位下降。实施例：开采地热引发地面沉降的机理是：深部松散地层中固体颗粒间的热水部分被开采，引起热储层水头压力降低，固体颗粒所受到的上浮力水减小，热储层在地应力作用下被压缩，造成深部特定层位大面积垂直位移，位移传至地面即会引发地表沉降。在专利技术人多年、大量工程经验的基础上，跳出地热开采时的惯性思维和常规技术手段，创造性的将热储层水头压力降低时地面均匀沉降视为采空区，进而综合运用浅层岩土工程中的太沙基理论和深层采煤行业的下沉法理论，得到本开采深部松散层地热引发地面沉降量的预测方法，该地面沉降量预测主要预测流程为：地热井勘探施工→查明热储层地质资料、地热资料及取岩土样→建立热储层土层压缩数值模型→计算深部热储层压缩量→建立采空区引发地面沉降数值模型→计算开采地热引发地面沉降量。具体包括以下步骤：（1）根据地热井钻探施工查明所开采地热热储层的埋藏深度、厚度、自然水头高度、地层特征及上部覆盖土层的地质资料，然后通过钻探取样土工试验确定热储层土体压缩模量，再通过地热井的抽水试验确定地热正常开采利用期间深层热水水头下降值和地热开采影响范围。（2）根据所获得的地质资料和地热开采利用参数，建立地热开采层的土体压缩数学模型如式（I），按照有效应力法计算地热水位下降后的地层形变量s：——式（I）式（I）中：s为地层压缩形变量（m）；α为沉降计算经验系数；ρ为降水引起的土层平均附加有效应力（kPa/m），由深层热水水头下降值得到的经验值；h为开采土层厚度（m）；E为压缩模量（kPa）。（3）设在深部有一个高度为地层形变量s的地下采空区，第二次建立深部采空区引发地表下陷的数值模型如式（II），计算地热开采引发的地面沉降量W。W=q×s×cosβ——式（II）式（II）中：W为地面沉降量（m）；q为地表下沉系数；s为地层形变量（m），即为地下采空区高度；β为热储地层倾角。其中，地表下沉系数q可采用式（III）计算：q=0.5×（0.9+P）——式（III）式（III）中：P为综合评价系数，依据开采地层参数和工程经验而得。试验例1：试验地为河南省兰考县，兰考县是河南省地热能清洁供暖规模化利用试点之一，主要是开采新近系明化镇组、馆陶组的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种开采深部松散层地热引发地面沉降量的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：/n（1）检测开采地热储层及上部覆盖土层的地质参数、热储层土体压缩模量，地热开采利用期间深层热水水头下降值和地热开采影响范围值；所述开采地为新近系地层；/n（2）根据步骤（1）中的检测数据建立地热开采层的土体压缩数学模型如式（I），计算地热水位下降后的地层压缩形变量s：/n

【技术特征摘要】
1.一种开采深部松散层地热引发地面沉降量的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）检测开采地热储层及上部覆盖土层的地质参数、热储层土体压缩模量，地热开采利用期间深层热水水头下降值和地热开采影响范围值；所述开采地为新近系地层；
（2）根据步骤（1）中的检测数据建立地热开采层的土体压缩数学模型如式（I），计算地热水位下降后的地层压缩形变量s：

——式（I）
式中：

s单位为m；α为沉降计算经验系数，取值为1；ρ为降水引起的土层平均附加有效应力，单位为kPa/m；h为热储层组平均等效厚度，单位为m；E为压缩模量，单位为kPa；
（3）按式（II）计算地热开采引发的地面沉降量W：
W=q×s×cosβ——式（II）
式中：
W单位为m；q为地表下沉系数，为0.4～0.6；s为步骤（2）所得地层压缩形变量；β为热储地层倾角。


2.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：王刚，张建良，赵建粮，景兆凯，许一川，王烁，范志勇，师永霞，任胜伟，郝学峰，王欢，
申请(专利权)人：河南省地质矿产勘查开发局第二地质环境调查院，
类型：发明
国别省市：河南;41