聊城市地熱回灌技術(shù)初步分析

吉龍江

摘要：地熱作為一種新興的清潔能源，越來越受到人們的青睞，地熱井的數(shù)量迅速增加。前期由于人們認識不夠，開采手段不完善，一般未能制定科學合理的開發(fā)方案，尾水直接排入城市污水管網(wǎng)，致使地熱田過量開采，熱儲水位下降迅速，地熱資源嚴重浪費。為有效控制水位下降，保護地熱資源，地熱回灌技術(shù)應運而生。回灌技術(shù)已在世界范圍內(nèi)推廣應用在國內(nèi)，北京、天津的地熱回灌也已經(jīng)有了良好的開端，并獲得良好效果。在地熱資源豐富的聊城進行地熱回灌技術(shù)研究，能更好的為下一步地熱井回灌提供技術(shù)參數(shù)和理論依據(jù)

關(guān)鍵詞：聊城市；地熱資源；地熱回灌技術(shù)

聊城市地熱資源面積約為：1806.21平方公里。全市有50多眼地熱井，主要分布在聊城城區(qū)周圍、高唐、臨清、冠縣等區(qū)域，其中城區(qū)范圍內(nèi)已有20眼，最深的是臨清市頤清苑地熱井1860米，井口溫度67℃；中深度的是聊城市城區(qū)星光房地產(chǎn)開發(fā)公司地熱井，井深1619米，井口溫度57℃；較淺的是聊城開發(fā)區(qū)圖騰房地產(chǎn)開發(fā)公司單官屯地熱井，井深1030米，井口溫度54℃。多數(shù)為房地產(chǎn)開發(fā)公司、大學、賓館飯店等企事業(yè)單位，主要用于住宅小區(qū)供熱、洗澡、游泳等。由于人們認識不夠，開采手段不完善，一般未能制定科學合理的開發(fā)方案，尾水直接排入城市污水管網(wǎng)，致使地熱田過量開采，熱儲水位下降迅速，地熱資源嚴重浪費。為有效控制水位下降，保護地熱資源，地熱回灌技術(shù)應運而生。

1 地熱回灌的必要性

地熱回灌是將地熱水利用后的尾水回灌到地下某層位中，作為避免地熱廢水直接排放引起的熱污染和化學污染的重要措施，真正做到了綠色環(huán)保。在地熱開采過程中對減少水頭損失，維持地層壓力平衡，保持地熱田的開采技術(shù)條件穩(wěn)定和延長地熱田壽命具有重要的作用。

2 國內(nèi)外對地熱回灌技術(shù)的研究程度

目前，回灌技術(shù)已在世界范圍內(nèi)推廣應用，美國、新西蘭、冰島、意大利、法國、日本、羅馬尼亞、丹麥、菲律賓和薩爾瓦多等十多個國家得到了廣泛利用。在國內(nèi)，北京、天津的地熱回灌也已經(jīng)有了良好的開端，并獲得良好效果。

從2001年開始，地熱研究所在小湯山電信療養(yǎng)院進行地熱回灌試驗，2002年到現(xiàn)在，小湯山地熱回灌項目已經(jīng)擴展到六個單位，回灌熱水總量達到150萬噸。經(jīng)過三年的回灌，小湯山熱田地熱水位下降幅度逐漸變小，甚至還出現(xiàn)回升，解決了該區(qū)熱儲壓力持續(xù)下降的難題。

天津的地熱資源回灌研究始于1982年在大港區(qū)利用原有地熱井在新近系明化鎮(zhèn)組熱儲層進行過專門回灌試驗探索，此后各地熱田均進行地不同方式的回灌研究。天津地熱院、天津大學地熱中心和塘沽區(qū)地熱中心有關(guān)專家和技術(shù)人員，從回灌井成井工藝、回灌井地面系統(tǒng)工藝和生產(chǎn)性回灌試驗三個方面進行認真地研究和總結(jié)，就新近系孔隙型熱儲層回灌進行了深入細致的試驗工作。截至2007年11月，天津地區(qū)已開鑿地熱回灌井41眼，累計總回灌量已達1600多萬立方米，回灌井最深已達3500多米，走在了全國前列。為實施該工程，本市出臺了地熱礦產(chǎn)資源補償費收費標準，并將制定相應的鼓勵政策。企業(yè)自行投資補建回灌井設施的，將享受減收礦產(chǎn)資源補償費的政策；對由于歷史原因、場地條件等情況無法實施回灌的，將及時對其進行技術(shù)、工藝等方面的更新、改造，從而提高供熱系統(tǒng)利用率，減少開采量。

3地熱回灌可行性分析

3.1回灌條件可行性

經(jīng)對聊城市區(qū)域地層分析認為，聊城市存在地熱回灌的地層條件。同層回灌，按試驗確定合適的回灌井距、回灌量、回灌時間，在回灌井距內(nèi)進行異位同層回灌。當場區(qū)狹窄，小于最小回灌距離時，可考慮就近異層回灌。就目前開采量較大的新近系館陶組地熱，可將明化鎮(zhèn)組下段回館陶組上段作為地熱回灌層位，實現(xiàn)同位異層回灌。實際從廣泛意義上講，本熱儲層的上部層熱儲層均可作為地熱回灌層。

3.2 回灌工藝可行性

目前，國內(nèi)外對回灌工藝流程研究較深入，使用較廣泛。回灌機具、裝置工作穩(wěn)定可靠，可以實現(xiàn)各種情況下的回灌要求，此方面已不存在技術(shù)障礙。

3.3 技術(shù)支持可行性

隨著人們對地熱資源的深入研究，地熱回灌的設計、施工、試驗不需要科技創(chuàng)新。采用動態(tài)監(jiān)測手段，長期監(jiān)視斯地熱回灌情況，及時指導地熱開采和回灌工作。

4技術(shù)方法

4.1地熱地質(zhì)條件調(diào)查研究

在廣泛收集已有地質(zhì)、水文地質(zhì)、地熱地質(zhì)、地熱井等有關(guān)地質(zhì)資料的基礎上，深入現(xiàn)場調(diào)查了解熱儲層位、開采情況、開發(fā)利用工藝流程、水化學成分及其前后變化、地熱尾水排放溫度、水量、時間等情況。諸點登記造冊。進行初步研究，確定最為理想的實驗場地。

4.2地熱回灌井施工

由于目前生產(chǎn)井，權(quán)屬均歸企業(yè)，利用其地熱井陘性試驗應給于一定補償。目前，還沒有一眼井能夠符合異層回灌的條件，因此需施工一眼。施工回灌井的基本技術(shù)要求與地熱開采井相仿，特別值得提出的是要對地熱井的封固應高標準嚴要求，確?；毓嗖荒芊邓?。

4.3回灌裝置建設

回灌設施包括回灌井、開采井和回灌管路，回灌管路主要包括輸水管路、進水管路、排水管路(回揚)等，

4.4回灌試驗與抽水試驗

4.4.1設備安裝及密封檢查

安裝好各項設備，要求對泵座軸、控制閥門軸、泵管接頭和真空壓表管路接頭等部位進行密封，防治空氣進入。用拉真空的方法觀察和檢查管路的密封效果，判別方法是在8h內(nèi)真空度如能保持在700—500mmHg之間，可認為井的密封效果良好；若真空度小于500mmHg，則說明有漏氣現(xiàn)象，應檢查漏氣部位的密封情況。

4.4.2抽水試驗

回灌前，應對回灌井進行兩次降深的穩(wěn)定流抽水試驗，以求取熱儲含水層的滲透系數(shù)等水文地質(zhì)參數(shù)。以及采集回灌前地熱水質(zhì)分析樣，并且測量地熱水水溫、水位。具體要求按穩(wěn)定流抽水試驗有關(guān)規(guī)范要求進行。

4.4.3回灌前準備

①檢查電源起動設備和各閥門的開關(guān)狀態(tài)。

②通過抽水試驗，記錄回灌前地熱水靜動水位、單位出水量、回灌水及地熱水水溫等原始參數(shù)。

③記錄進水表和出水表的起始讀數(shù)。

④采取回灌水源，開采井試驗前水質(zhì)分析樣。

5.4.4回灌操作程序

①關(guān)進水閥和回流閥，開控制閥、單流閥及放氣閥，然后停15分鐘測靜水位。

②合電閘、開泵回揚，至水揚清后，測動水位。

③拉真空，拉開電閘停泵，關(guān)單流閥和控制閥。

④開足水源閥和進水閥，緩開控制閥。

⑤待回灌水從放氣閥溢出后，再關(guān)緊放氣閥，開回流閥。

⑥調(diào)節(jié)壓力和回流量，按要求記錄回灌水量、水溫及壓力。

⑦開啟加壓泵進行加壓回灌。

5.4.5觀測與記錄

①試驗前和試驗結(jié)后進行回灌井井內(nèi)溫度測量，測量采用JW—1高精度井溫儀，井內(nèi)測量點距取5米，熱儲層和取水段加密測量。

②在每次回揚過程中，以及回揚后繼續(xù)回灌初期，要求每5分鐘記錄1次壓力表、溫度計、進水表及出水表讀數(shù)，待回灌壓力及回灌水量基本穩(wěn)定后，每半小時記錄1次。

③因回揚及其他原因停灌后，應及時測量回灌井水位，回揚過程中記錄回灌井動水位、水溫及出水表讀數(shù)。

④在回灌期間，每半小時記錄1次開采井（1＃井）的水溫、水量、水位。

⑤回灌結(jié)束后，應繼續(xù)對回灌井水位，開采井水溫、水量進行監(jiān)測，直至回灌井水位穩(wěn)定為止。

5.4.6回揚

通過定期回揚，使回灌水滲透暢通，避免造成熱儲含水層堵塞而影響回灌。連續(xù)回灌24小時，回揚2—3次，若發(fā)生堵塞現(xiàn)象，應增加回揚次數(shù)。每次回揚先揚水10分鐘，接著停10分鐘，如此反復進行，直到把渾水抽清為止。

5.4.7水樣采集與測試

在回灌試驗前采取開采井、回灌井水質(zhì)全分析樣與微量元素分析樣各1件，在試驗中采取開采井、回灌井水質(zhì)全分析樣與微量元素分析樣各2件，試驗結(jié)束，采取開采井、回灌井水質(zhì)全分析與微量元素分析樣各1件，以對比分析回灌前后地熱水水質(zhì)變化規(guī)律。水樣采集、保存、測試按有關(guān)規(guī)范要求進行。

6動態(tài)監(jiān)測

在試驗過程中，采用國內(nèi)外先進的地熱資源開采自動化遠程監(jiān)控系統(tǒng)，實施對水文、水壓、水位、水量、時間的監(jiān)測。在原地熱資源開采監(jiān)控系統(tǒng)基礎上研發(fā)地熱回灌監(jiān)控系統(tǒng)，實施智能化回灌、回揚的控制。

結(jié)語

通過分析，在聊城實施地熱回灌是完全可行的。地熱回灌推廣以后可以減少地熱開采過程中的水頭損失，維持地層壓力平衡，保持地熱田的開采技術(shù)條件穩(wěn)定和延長地熱田壽命。也可以避免地熱廢水直接排放引起的熱污染和化學污染的。

參考文獻

[1]陳墨香等.華北地熱[M]北京:科學出版社，1988。

[2]徐軍祥，康鳳新.山東省地熱資源[J]中國地質(zhì)，2000,10(2):41-42。

[3]孫寶成，曾梅香，林黎，等.天津地熱對井回灌系統(tǒng)中的同位素跟蹤技術(shù)[J].地質(zhì)調(diào)查與2005,28(3):197-191。