沙漠腹地油气开发区地下水位变化过程及演化趋势

Hydrological process was the core ecological processes on keeping the Ecosystem Stability, particularly in Arid Land. Taklimakan desert was the important development areas for oil and gas in china. The oilfield located in Taklimakan Desert hinterland generally, its ecological water,living water and industrial water were all from the groundwater to form local well group in desert. How about the regional groundwater level responded to the hydrological process of concentration pumping? Any guarantee was there to the water balance in oilfields and sustainable development on petroleum resources? The above key problems were the important research content of study on Ecological and hydrological mechanis, need to be resolved. With the method and applications of groundwater numerical modeling, the present study aims to Tazhong Oilfield which located in the hinterland of Taklimakan desert. Base on the data of groundwater level with site observation, Using Methods of GIS spatial analysis, comprehensively study the Spatial and Temporal Variation of groundwater level; To estimate regional evaporation and hydrogeological parameters; Building groundwater hydrological model of oil-gas production area in Taklimakan Desert, reappearing in the past of 10 years and predicting in the future of 20 years the change of groundwater level, calculating regional Water Balance. The results not only clarify regional hydrological cycle process under extreme dry condition, but also can provide appropriate theory evidence for sustainable utilization of water resources and safe production in the desert oilfield.

水文过程是维系生态系统稳定性的核心生态过程，在干旱生态系统中作用尤为突出。塔克拉玛干沙漠是我国重要油气开发区，沙漠油田区生产、生活和生态用水皆取自地下水，在局部形成供水井群，区域内地下水位对集中抽水的响应过程如何？能否保证区域水量平衡和油田持续开发？这些问题是水文过程机理研究的重要内容，亟待开展相关研究。本项目拟以塔克拉玛干沙漠腹地的塔中油田区为研究靶区，运用地下水水文过程模拟理论与方法，通过地下水位定位观测，结合GIS空间分析手段，综合研究地下水位时空变化规律，估算区域蒸发量，确定水文地质参数，构建沙漠油气开发区域地下水系统水文过程模型，重现过去10a，预测未来20a地下水位变化过程，计算区域水量均衡。研究结果有助于阐明极端干旱条件下区域水文循环机理，能够为沙漠油田区水资源可持续利用和油田安全生产提供理论支撑。

本项目以沙漠油气开发区地下水利用的水文过程为切入点，研究高强度集中用水行为的水循环过程与机理，并提出可持续利用对策，保障油气资源的持续开发。研究主要结果如下：（1）研究区600m深度以内的地下水天然资源量为67551m3/d。地下水的最大开采模数为300m3/d•km2（2）研究区地下水位变化较为平稳，在春夏季表现为下降趋势，在冬歇期呈现上升趋势，总体表现出季节性波动变化规律。通过长期抽水数据，进行含水层参数的试验计算，并利用BETCO气压校正，得到核心区参考参数为：K=17.879 m/d, S = 3.27 E-2。利用高分辨率DEM结合实地蒸发参数计算，创新的提出了基于DEM的区域潜水蒸发量计算方法，所得蒸发量为0.986mm。（3）通过建立研究区地下水流动系统数值模型，基于油气资源规模化开发对水资源的需求，建立了4种需水量增大后的地下水资源可持续利用方案：核心供水区现有水源井最大供水量方案（方案1）、核心供水区水源井现有供水量 + 外围水源井补充供水方案（方案2）、核心供水区水源井增大单井供水能力方案（方案3）、不同供水区的增建水源井供水方案（方案4）。研究显示：模型运行20年后，方案1核心供水区地下水位平均下降2.22m；方案2核心供水区地下水位平均下降3.41m；方案3核心供水区地下水位平均下降7.44m；方案4-1原核心供水区地下水位平均下降5.10m；方案4-2原核心供水区地下水位平均下降3.36m。方案1和方案4-2，开采后的地下水位能够达到理想的相对稳定状态，水量能够达到相对平衡状态。其余供水方案都有区域地下水位持续下降的供水安全风险，同样的，供给水量也不能得到有效保证。本项目研究结果从区域和用水主体上讲，研究视角独到，涉及沙漠油气开发区用水的重要水文过程。从研究目的来看，实现了科研和生产实践紧密结合，研究成果既有科学意义，也具有很强的应用价值。