一種確定地下熱水可開采量的開采井優(yōu)化布局方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種確定地下熱水可開采量的開采井優(yōu)化布局方法，是一種自行設(shè)計 的保證同樣設(shè)計降深和相同開采井數(shù)條件下，計算地下熱水可開采量的優(yōu)化布井法。根據(jù) 地下熱儲含水層的導水系數(shù)、彈性釋水系數(shù)、單井開采量、開采井影響半徑、設(shè)計水位降深 等參數(shù)，選擇優(yōu)化布井方案，實現(xiàn)自動確定地下熱水可開采量的要求。本方法適用于大面積 分布、頂?shù)装逅?、層間水力聯(lián)系不密切、均質(zhì)各向同性的孔隙型地下熱水承壓含水層。
【背景技術(shù)】
[0002] 孔隙型地下熱水作為一種潔凈且具有"溫、礦、水"綜合特征的資源，其設(shè)計降深條 件下可開采量的確定對于地下熱水的開發(fā)利用及保護具有重要意義。傳統(tǒng)的確定地下熱水 可開采量的均勻布井方法，在達到設(shè)計水位降深時由于單井開采量系人為給定，故確定的 開采井數(shù)也表現(xiàn)出一定的隨意性，所確定的地下熱水可開采量受人為影響嚴重。
[0003] -種確定地下熱水可開采量的開采井優(yōu)化布局方法可以較好地解決上述問題，以 均勻布井法為基礎(chǔ)，依據(jù)計算區(qū)面積、開采井管半徑、開采年限，綜合考慮地下熱儲含水層 的導水系數(shù)、彈性釋水系數(shù)、設(shè)計水位降深等因素，引入井數(shù)與單位開采量的概念，達到優(yōu) 化布局開采井并自動確定地下熱水可開采量的目的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對傳統(tǒng)的均勻布井方法實際應用過程的隨意性，提出了自行優(yōu)化確定地 下熱水可開采量的實踐方法。該方法應用地下熱水含水層的導水系數(shù)、彈性釋水系數(shù)、計算 區(qū)面積、開采井管半徑、開采年限等參數(shù)，在滿足設(shè)計水位降深的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了優(yōu)化布局 開采井條件下地下熱水可開采量的確定。
[0005] 本發(fā)明提供了一種確定地下熱水可開采量的地熱井優(yōu)化布局方法。包括設(shè)計水位 降深、導水系數(shù)、彈性釋水系數(shù)、計算點水位降深、單位可開采量(?/Sniax、優(yōu)化布局井數(shù)r^、 地下熱水可開采量確定。具體步驟如下： 步驟一，給定計算區(qū)面積F (單位為km2)、開采井管半徑I (單位為m)和地熱水開采年 限t(單位為d);根據(jù)計算區(qū)水文地質(zhì)和經(jīng)濟技術(shù)條件給定設(shè)計水位降深Sniax(單位為m); 步驟二，依據(jù)單井非穩(wěn)定流抽水試驗資料確定地下熱水含水層的導水系數(shù)T(單位為 m2/d)及彈性釋水系數(shù)μ% 步驟三，根據(jù)導水系數(shù)Τ、彈性釋水系數(shù)μ %選用承壓完整井定流量非穩(wěn)定流公式
確定計算點的水位降深（單位為m)，式中S為抽水影響范圍內(nèi)，任一點任一 時刻的水位降深，m ;Q為單個抽水井開采量，m3/d ;
r為計算點到 開采井的距離（單位為m)，當計算點位于開采井時取開采井管半徑I，t為地熱水開采年 限； 步驟四，設(shè)計計算區(qū)有η眼地下熱水開采井，確定某計算點水位降深的公式為
步驟五，計算區(qū)所有水井的開采量相同時，某計算點的單位開采量計算公式為
計算區(qū)地下熱水可開采量為Qx = nXQ，其中η為地下熱水開采井數(shù)； 步驟六，地下熱水開采期末計算區(qū)中心井達到設(shè)計水位降深Sniax時，單位可開采量計算 公式為
，繪制地下熱水含水層的（(? /S_)~η關(guān)系曲線，其中單位可開采 量％ /Smax的單位為（m 3/d) /m ; 步驟七，根據(jù)地下熱水含水層的（Qx/S_)~η關(guān)系曲線，選取隨地下熱水開采井數(shù)η 增加單位可開采量Qx/S_不再顯著增加的點（即（Q35ZiS niax)~η關(guān)系曲線變化陡峭和平 緩的分界點），相應的地下熱水開采井數(shù)η和單位可開采量(? #_為開采井優(yōu)選布局條件 下的優(yōu)化布局井數(shù)和相應的單位可開采量Q35 /S_; 步驟八，根據(jù)優(yōu)化布局井數(shù)、單位可開采量(? /S_、設(shè)計水位降深S_，確定地下熱 水可開采量(? (單位為m3/d)并應用于工程實踐。
【附圖說明】
[0006] 圖1是地下熱水開采井正方形布局方案示意圖，圖中座標原點位于計算區(qū)中心的 井上，橫排沿X軸方向，以i = -M，一2, -1，0, 1，2,…，M編號；縱排沿y軸方向，以j = -K，… ，-2,-1，0, 1，2,…，K編號；任一井的編號為（i，j)，任一井到中心井的距離
，式 中r。為井排間距（單位為m)，井排間距
中心井的編號為（0,0)，中心井r取開 采井管半徑I;，F(xiàn)為計算區(qū)面積，η為地下熱水開采井數(shù)（單位為眼）； 圖2是確定800~1000 m地下熱水含水層設(shè)計水位降深時單位可開采量Q35 /Sniax和地 下熱水開采井數(shù)η的關(guān)系曲線，圖中縱坐標為單位可開采量Q35/Sniax，橫坐標為地下熱水開 米井數(shù)η ; 圖3是確定1000~1200m地下熱水含水層設(shè)計水位降深時單位可開采量Q35 /Sniax和地 下熱水開采井數(shù)η的關(guān)系曲線，圖中縱坐標為單位可開采量Q35 /Sniax，橫坐標為地下熱水開 米井數(shù)η。
【具體實施方式】
[0007] 本發(fā)明提供了一種確定地下熱水可開采量的地熱井優(yōu)化布局方法。
[0008] 下面以開封市主城區(qū)為計算區(qū)的800~1000m、1000~1200m地下熱水含水層為 例進行進一步說明。具體步驟如下： (1)計算區(qū)面積165. 23km2,地下熱水開采井管半徑0. 08m ;根據(jù)當?shù)厮牡刭|(zhì)和經(jīng)濟 技術(shù)條件，計算區(qū)的800~1000m、1000~1200m地下熱水含水層設(shè)計水位降深50m，開采年 限30年； (2) 根據(jù)單井非穩(wěn)定流抽水試驗資料，確定導水系數(shù)T和彈性釋水系數(shù)μ %見表1 ;地 下熱水開采井布局方案為正方形，見圖1 ; 表1例區(qū)計算參數(shù)
(3) 將已知的導水系數(shù)Τ、彈性釋水系數(shù)μ'開采期限t、某一開采井到中心井的距離r 代入公式
（的關(guān)系曲線，見圖2與圖3 ; (4) 根據(jù)圖2與圖3選擇曲線變化陡峭和平緩的分界點，得到優(yōu)化布局井數(shù)、相應的 井排間距r。和單位可開采量Q /Sniax，見表2 ; 表2開采井優(yōu)化布局方案參數(shù)
(5) 根據(jù)優(yōu)化布局井數(shù)(井排間距r。)、單位可開采量(?/Sniax和設(shè)計水位降深S _， 確定地下熱水可開采量并應用于工程實踐。
【主權(quán)項】
1. 一種確定地下熱水可開采量的開采井優(yōu)化布局方法，其特征在于，確定地下熱水可 開采量的步驟如下： 步驟一，給定計算區(qū)面積F(單位為km2)、開采井井管半徑Ι·ω (單位為m)和地熱水開 采年限t(單位為d);根據(jù)計算區(qū)水文地質(zhì)和經(jīng)濟技術(shù)條件給定設(shè)計水位降深Sniax(單位為 m)； 步驟二，依據(jù)單井非穩(wěn)定流抽水試驗資料確定地下熱水含水層的導水系數(shù)T (單位為 m2/d)及彈性釋水系數(shù)μ% 步驟三，根據(jù)導水系數(shù)Τ、彈性釋水系數(shù)μ %選用承壓完整井定流量非穩(wěn)定流公式確定計算點的水位降深（單位為m)，式中的S為抽水影響范圍內(nèi)，任一點任 一時刻的水位降深，m ;Q為單個抽水井開采量，m3/d ;，_ r為計算點 到開采井的距離（單位為m)，當計算點位于開采井時取開采井管半徑t為地熱水開采 年限； 步驟四，設(shè)計計算區(qū)有η眼地下熱水開采井，確定某計算點水位降深的公式為步驟五，計算區(qū)所有水井的開采量相同時，某計算點單位開采量計算公式為，計算區(qū)地下熱水可開采量為Qx = nXQ ; 步驟六，地下熱水開采期末計算區(qū)中心井達到設(shè)計水位降深S_時，單位可開采量計算 公式為、繪制地下熱水含水層的（Qx/S_)~η關(guān)系曲線，其中單位可開采 量％ /Smax的單位為（m 3/d) /m ; 步驟七，根據(jù)（(? /S_)~η關(guān)系曲線，選取隨地下熱水開采井數(shù)η增加(? /S_不再 顯著增加的點（即（(? /S_)~η關(guān)系曲線變化陡峭和平緩的分界點），相應的η和(? / Snax為開采井優(yōu)選布局條件下的優(yōu)化布局井數(shù)n 和相應的單位可開采量(? /S_; 步驟八，根據(jù)優(yōu)化布局井數(shù)n、單位可開采量(? /S_、設(shè)計水位降深S_，確定地下熱水 可開采量（單位為m3/d)并應用于工程實踐。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種確定地下熱水可開采量的開采井優(yōu)化布局方法，其特征 在于，在步驟一中，設(shè)計水位降深Sniax需根據(jù)計算區(qū)水文地質(zhì)和經(jīng)濟技術(shù)條件確定。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種確定地下熱水可開采量的開采井優(yōu)化布局方法，其特征 在于，在步驟二中，地下熱水含水層的導水系數(shù)T(m 2/d)及彈性釋水系數(shù)μ#應依據(jù)單井非 穩(wěn)定流抽水試驗資料確定。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種確定地下熱水可開采量的開采井優(yōu)化布局方法，其特征 在于，在步驟三中，式中的，其中：Q為單個抽水井涌 水量（m3)，S為水位降深（m)，r為計算點到開采井的距離（m)，當計算點位于開采井時取開 采井管半徑ru(m)，t為地熱水開采年限（d)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種確定地下熱水可開采量的開采井優(yōu)化布局方法，其特征 在于，在步驟七中，（(?/S_)~η關(guān)系曲線的變化陡峭和平緩的分界點對應的η和(?/S_ 為優(yōu)化布局井數(shù)和相應的單位可開采量。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種確定地下熱水可開采量的地熱井優(yōu)化布局方法，包括有如下步驟：給定計算區(qū)面積F、開采井井管半徑rω和地下熱水開采年限t，根據(jù)計算區(qū)水文地質(zhì)和經(jīng)濟技術(shù)條件給定設(shè)計水位降深Smax；依據(jù)單井非穩(wěn)定流抽水試驗資料確定導水系數(shù)T及彈性釋水系數(shù)μ*；根據(jù)導水系數(shù)T、彈性釋水系數(shù)μ*，選用繪制設(shè)計水位降深時單位可開采量Q采/Smax和地下熱水開采井數(shù)n的關(guān)系曲線；選取(Q采/Smax)～n關(guān)系曲線變化陡峭和平緩的分界點，確定優(yōu)化布局井數(shù)n采和單位可開采量Q采/Smax；根據(jù)優(yōu)化布局井數(shù)n采、單位可開采量Q采/Smax、設(shè)計水位降深Smax，確定地下熱水可開采量并應用于工程實踐。
【IPC分類】G06F19/00
【公開號】CN105184035
【申請?zhí)枴緾N201510186652
【發(fā)明人】王心義, 劉小滿, 王麒, 姬紅英, 楊芳, 林學鈺, 韓鵬飛, 廖資生
【申請人】河南理工大學
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年4月20日