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地热水增温梯度与地热井出水温度预测
郑州地象科技有限公司 寇伟
开发地热资源的目的是要钻取地下的热水，甲方的期望值都是出水量越大越好、水温越高越好。由于目前只能探知地下含水裂隙的分布形态和各含水层的深度位置，但还没有发明出能够探知地下水温度的仪器，所以很难准确得知钻探地热井的出水温度范围，只能根据掌握的有关情况进行推测。当然，即使是推测，也要建立在科学认知地热条件和增温原理的基础之上。
1、认知地下水增温的几个概念
a、水的密度随着温度的升高而减小，因水向地下渗透的越深其温度就越高，深层较高温度水的密度较小、相对较轻，会与上层密度较大的水产生对流，深层温度较高的水向上运移，在裂隙中形成对流增温机制。
b、导热系数是指在稳定传热条件下，1米厚的材料，两侧表面的温差为1度，在1秒钟内通过1平方米面积传递的热量，单位为瓦/米*度。水的导热系数随温度升高而增大：0℃—0.55、4℃—0.58、20℃—0.599、100℃—0.683瓦/米*度。随着水温的增加、导热系数逐渐加大，增热速度随之提高。
C、粘度是流体粘滞性的一种量度，粘度大表现内摩擦力大、分子量越大。对于水而言，由于温度升高时其内聚力减小，所以粘性减小，易于流体质点互相碰撞变动位置形成对流。
2、地热水增温靠的是水对流传热而非地温传导增热
热的传递有三种基本方式: 对流、传导、辐射。对于地下水来讲，在断裂构造深部含水裂隙或含水层的水温低于围岩时，主要是通过同层岩石高地温传导和再深层较高水温对流两种传递方式传热的。超过水温与地温相同的恒温带深度层后，同层的地温逐渐低于水温，水的增温方式全部靠较深层的较高水温向上对流导热，而储水层侧面围岩因地温较低只起散热作用了，所有出露的温泉水温要远高于浅层地温就是这个道理。
3、推测地热井出水温度的主要条件
一是要了解勘查区所在地区的平均增温梯度，最好是有附近区域地热井的测井报告，可参考各深度层水温资料；二是了解勘查区内是否有地热异常，若是附近有温泉、冬天不结冰河渠等地热特征，就应该在平均增温梯度值基础上适度加高；三是根据地质资料和勘探结果估测断裂构造的规模大小，断裂规模大、深部含水裂隙发育尚好、三千米之下还有明显连续的含水裂隙，深层高温水对上部水的加热作用明显，构造内的增温梯度值就会较高。
4、推测地热井出水温度的方法
在大致得出勘查区的地热水增温梯度范围后，根据MT-VCT深部构造探测仪间隔5米/层的勘探结果，列出所定地热井孔位的每个含水层所在深度位置、赋水性、含水裂隙连续性及一定范围断裂带上构造的一致性，大致估测较大含水层的出水量及水温，据此确定建议固井深度及地热井取水深度段，累计可取水含水层出水量并对相应水温进行加权平均，然后再减去至水泵深度位置的热损失值，即为预测的该地热井出水温度。
2022年9月5日
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雷达卡
发表于 2022-9-19 11:57
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