聊城市城區(qū)東營(yíng)組熱儲(chǔ)層回灌可行性分析

王星薈，孟凡奇，楊沖

(1．中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)環(huán)境學(xué)院，湖北武漢430074;2．山東省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，山東濟(jì)南250014;3．山東泰山地質(zhì)勘查公司，山東泰安271000)

地?zé)豳Y源是一種十分寶貴的綜合性礦產(chǎn)資源，具有非常廣闊的開(kāi)發(fā)利用前景，而一旦過(guò)量開(kāi)采將使熱儲(chǔ)層水位持續(xù)下降，地?zé)峋a(chǎn)水能力減弱，長(zhǎng)期排放勢(shì)必造成地?zé)豳Y源嚴(yán)重浪費(fèi)、引發(fā)地面沉降和棄水中有害物質(zhì)及余熱對(duì)環(huán)境造成污染。因此，地?zé)峄毓嘧鳛樘岣叩責(zé)豳Y源利用率、防止地面沉降、減少尾水排放、實(shí)現(xiàn)地?zé)豳Y源可持續(xù)利用的最有效手段，在地學(xué)界已達(dá)成共識(shí)［1］。

1969年在美國(guó)加州Geysers地?zé)崽锏幕毓囗?xiàng)目揭開(kāi)了地?zé)峄毓嗟男蚰弧Ｎ覈?guó)于1982年在北京進(jìn)行了首次地?zé)峄毓嘣囼?yàn)，隨后天津、西安等地也進(jìn)行了地?zé)峄毓鄧L試，并取得了豐碩的成果。目前，地?zé)峄毓鄬游欢噙x為巖溶裂隙型熱儲(chǔ)層和孔隙－裂隙型熱儲(chǔ)層，由于巖溶裂隙型熱儲(chǔ)層裂隙巖溶發(fā)育，回灌效果較好;而孔隙－裂隙型砂巖熱儲(chǔ)層由于顆粒粒徑較小，孔隙率和滲透性較低導(dǎo)致回灌量小，難以做到連續(xù)穩(wěn)定的回灌，成為國(guó)內(nèi)外回灌工作的難題，也是科研工作者在地?zé)豳Y源回灌工作中的主要研究方向［2－4］。為了解山東聊城市城區(qū)古近紀(jì)東營(yíng)組孔隙型熱儲(chǔ)層回灌能力，在光岳賓館院內(nèi)開(kāi)展了同層對(duì)井自然回灌和加壓回灌試驗(yàn)，分析了當(dāng)前技術(shù)條件下推行地?zé)峄毓嗟目尚行?，為魯西北地區(qū)東營(yíng)組熱儲(chǔ)層進(jìn)行地?zé)峄毓嗵峁┮罁?jù)。

1 地?zé)峄毓嘣囼?yàn)

1．1 地層 該區(qū)出露地層均為第四系，據(jù)光岳賓館鉆孔資料揭示，隱伏由老至新有:古近系、新近系、第四系地層。

1．1．1 古近紀(jì)濟(jì)陽(yáng)群。該區(qū)古近紀(jì)濟(jì)陽(yáng)群由老到新為孔店組、沙河街組和東營(yíng)組?？椎杲M下部為砂巖或含礫砂巖，上部為泥巖夾砂巖，含石膏。沙河街組主要為泥巖、泥灰?guī)r，底部有砂巖、礫巖。東營(yíng)組主要為泥巖與砂巖互層，厚約800 m。

1．1．2 新近紀(jì)黃驊組。新近紀(jì)黃驊組信布為館陶組，上部為明化鎮(zhèn)組。館陶組主要為砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖，厚約200 m;明化鎮(zhèn)組主要為粘土巖、粉砂巖、砂礫巖互層，厚約600 m。

1．1．3 第四紀(jì)地層。上部為一厚層暗土黃色，細(xì)－粗砂夾粘土，下部為暗土黃色、褐黃色、灰黃色粘土、細(xì)砂、中砂、粗砂、粉砂互層，厚約300 m。

1．2 構(gòu)造 聊城城區(qū)所處的莘縣凹陷，為中、新生代斷陷，呈NNE向展布，其東側(cè)為陽(yáng)谷凸起，西側(cè)為堂邑凸起。對(duì)城區(qū)地?zé)嵊忻芮嘘P(guān)系的大型斷裂為聊考斷裂，聊考斷裂為正斷層，呈NNE走向從城區(qū)東部展布，傾向NWW，長(zhǎng)約260 km。該斷裂溝通了熱儲(chǔ)層與熱源的聯(lián)系，成為較好的傳熱導(dǎo)水通道［5－6］。

1．3 試驗(yàn)條件 回灌場(chǎng)地位于聊城市光岳賓館，開(kāi)采井井深1 654 m，水溫53℃，回灌井井深1 670 m，水溫58℃?；毓嗨礊闁|營(yíng)組地?zé)崴毓喾绞綖橥瑢訉?duì)井回灌。

1．3．1 回灌井成井工藝。0～200．00 m處，井徑 Ф420 mm，Ф273．1 mm ×8．89 mm 石油套管;200．00 ～1 670．60 m 處，井徑Ф216 mm，Ф139．7 mm×6．98 mm 石油套管及濾水管。濾水管采用打孔、墊筋、包網(wǎng)、纏絲等工序加工而成，所打孔徑為18 mm，孔心縱距50 mm，橫距50．80 mm，孔隙率達(dá)25%。東營(yíng)組熱儲(chǔ)層取水段深度為1 258．9～1 622．4 m，取水層累計(jì)厚度為184．6 m。

1．3．2 回灌試驗(yàn)工藝流程。開(kāi)采井將地?zé)崴崛『笙群蠼?jīng)過(guò)除砂器、活性炭過(guò)濾器，去除地?zé)崴械纳耙约拌F、錳離子，之后進(jìn)入換熱設(shè)備，將地?zé)嵛菜斎牖毓嘞到y(tǒng)。首先進(jìn)入變頻共振活化水器，經(jīng)過(guò)除垢、殺菌、防銹防腐后，進(jìn)入粗效過(guò)濾器與精密過(guò)濾器過(guò)濾水中的固體顆粒，過(guò)濾精度可達(dá)5 μm，地?zé)嵛菜M(jìn)入排氣罐，經(jīng)排氣處理后灌入回灌井。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2．1 回灌量與液位埋深 回灌試驗(yàn)表明，回灌水頭隨著回灌量的增大而升高，升高幅度大于回灌量增加幅度。自然回灌條件下，當(dāng)回灌量為10 m3/h時(shí)，累計(jì)回灌時(shí)間206 h，累計(jì)回灌量1 809．42 m3，回灌水頭的抬升較小(圖1)。當(dāng)回灌量為20 m3/h時(shí)，累計(jì)回灌時(shí)間72．33 h，累計(jì)回灌量1 253．72 m3，回灌水頭持續(xù)升高，回灌持續(xù)能力減弱(圖2)。當(dāng)回灌量為27 m3/h時(shí)，累計(jì)回灌量2 190．58 m3，累計(jì)回灌時(shí)間88．67 h后，回灌持續(xù)能力喪失(圖3)。加壓回灌條件下，壓強(qiáng)為0．2 MPa、回灌量為20 m3/h 時(shí)，累計(jì)回灌時(shí)間為396．33 h，累計(jì)回灌量為6 322．98 m3，回灌能力隨時(shí)間的延長(zhǎng)逐漸降低(圖4)。

2．2 回灌熱儲(chǔ)水化學(xué)場(chǎng)和溫度場(chǎng)變化 回灌對(duì)熱儲(chǔ)水質(zhì)的影響取決于回灌水與原熱儲(chǔ)層熱水水質(zhì)間的差別，該試驗(yàn)為同層對(duì)井試驗(yàn)，回灌水即為東營(yíng)組熱儲(chǔ)層熱水，回?fù)P水質(zhì)基本與原熱儲(chǔ)層熱水水質(zhì)相同，同層回灌對(duì)水質(zhì)影響小?；毓鄬?duì)原熱儲(chǔ)層熱水溫度的影響主要取決于回灌水與原熱儲(chǔ)層中熱水之間的溫度差，以及回灌量與回灌時(shí)間?；毓嗔吭酱?、溫度差越大，回灌水對(duì)熱儲(chǔ)層水溫度影響就越大。該回灌水溫度為40℃，由于回灌量小，對(duì)熱儲(chǔ)層水溫度影響較小。

3 地?zé)峄毓嗫尚行苑治?/h2>

3．1 熱儲(chǔ)層地質(zhì)條件 聊城市城區(qū)東營(yíng)組熱儲(chǔ)層頂板埋深約1 100 m，底板埋深約1 800～2 100 m，含水層單層厚度為5．2～57．5 m，可采層數(shù)一般為10層，累計(jì)厚度約180 m，巖性以粉細(xì)砂為主，水溫55～60℃，單井出水量1 500～2 000 m3/d，孔隙度為20．62% ～27．88%，滲透率為138 910～526 500 μm2，熱儲(chǔ)滲透系數(shù)為 0．46 ～0．53 m/d，熱儲(chǔ)層滲透條件較差。

3．2 水頭壓力條件 地?zé)崴袎核^和水位埋深是決定孔隙型熱儲(chǔ)層回灌量的重要因素［7］。承壓水頭越高，水位埋深越淺，自然回灌水量越小，反之回灌水量越大。聊城市城區(qū)東營(yíng)組熱儲(chǔ)層承壓水頭為1 593 m，水位埋深僅約52～77 m。在現(xiàn)狀水文地質(zhì)條件下，自然回灌水頭遠(yuǎn)小于熱儲(chǔ)層所承受的水頭壓力。因此，聊城市東營(yíng)組熱儲(chǔ)層所能提供的回灌空間有限。

3．3 回灌能力

3．3．1 自然回灌。試驗(yàn)結(jié)果表明，東營(yíng)組熱儲(chǔ)層回灌量為10 m3/h時(shí)，回灌水頭低，回灌持續(xù)能力好;回灌量大于20 m3/h時(shí)，隨著回灌時(shí)間的延長(zhǎng)，回灌堵塞逐漸嚴(yán)重，熱儲(chǔ)層滲透率逐漸降低，回灌水頭持續(xù)升高，回灌能力降低。因此，東營(yíng)組熱儲(chǔ)層回灌量不宜大于20 m3/h。

3．3．2 加壓回灌。在現(xiàn)狀地質(zhì)條件下，當(dāng)壓強(qiáng)為0．2 MPa、回灌量為20 m3/h時(shí)，隨著回灌時(shí)間的延長(zhǎng)，東營(yíng)組熱儲(chǔ)層回灌能力由20 m3/h逐漸降至17．5 m3/h，呈現(xiàn)衰減趨勢(shì)?？梢?jiàn)，現(xiàn)狀條件下，自然回灌和加壓回灌能力有限。

4 結(jié)論

聊城市城區(qū)東營(yíng)組孔隙型砂巖熱儲(chǔ)地質(zhì)條件、水頭壓力條件、回灌試驗(yàn)結(jié)果表明，區(qū)內(nèi)東營(yíng)組熱儲(chǔ)層巖性以粉砂巖為主，滲透條件較差，承壓水頭較高，回灌空間有限;自然回灌條件下，在保障回灌持續(xù)能力的同時(shí)，回灌量不宜大于20 m3/h;在加壓回灌條件下，壓強(qiáng)為0．2 MPa、回灌量為20 m3/h時(shí)，隨著回灌時(shí)間的延長(zhǎng)，回灌量呈現(xiàn)衰減趨勢(shì);在現(xiàn)狀條件下，自然回灌和加壓回灌能力有限，宜采取一采多灌的方式回灌。

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