地?zé)峄毓嗉夹g(shù)探討及應(yīng)用實(shí)例

孫立生

摘 要：為了響應(yīng)國家的“十三五”規(guī)劃及相關(guān)節(jié)能減排政策，改變落后的回灌技術(shù)所帶來的地下水污染和水位降低的現(xiàn)狀，中國海洋石油渤海有限公司天津水電熱工程技術(shù)分公司采用了先進(jìn)的管式分離膜過濾技術(shù)，有效過濾了地?zé)峁┡菜械奈⑸?、鐵銹及其他雜質(zhì)，達(dá)到清潔回灌，使公司的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益大幅度提升。

關(guān)鍵詞：地?zé)?；回灌技術(shù)；管式分離膜

中圖分類號：TK521 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 引言

燃煤供暖是導(dǎo)致北方霧霾天氣的主要原因之一，為了消除這一弊端，國家一直提倡清潔能源供暖，特別是2017年國家相關(guān)部門提出京津冀及周邊地區(qū)大氣污染防治工作方案，明確了禁煤區(qū)域。而地?zé)豳Y源作為供暖的清潔能源之一起到了很大的貢獻(xiàn)，消除了燃煤產(chǎn)生的化學(xué)污染，并且供暖費(fèi)用大幅度降低。但許多供熱單位只看到了地?zé)豳Y源的經(jīng)濟(jì)性，卻忽略了對地?zé)岜Ｗo(hù)性回灌。隨著地?zé)崴罅块_采，導(dǎo)致地下水位以每年1m～2m的幅度持續(xù)下降，采取有效的地?zé)峄毓嗉夹g(shù)才是保護(hù)地?zé)豳Y源的根本。

1 地?zé)峄毓喱F(xiàn)狀

在20世紀(jì)末期，北京、天津地區(qū)已開始回灌試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果證明地?zé)峄毓嗍强尚械?，但由于回灌技術(shù)相對落后，回灌效果不佳。近年來由于回灌技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，回灌量有所改善。中國海洋石油渤海有限公司天津水電熱工程技術(shù)分公司負(fù)責(zé)天津市塘沽區(qū)東沽石油新村片區(qū)68萬m2的供暖運(yùn)行，采用館陶組地?zé)嶂惫┘訜岜谜{(diào)峰的方式供暖。2012年，開始進(jìn)行回灌井建設(shè)，前期回灌效果較好，但由于回灌過濾設(shè)備簡單，導(dǎo)致回灌井逐漸堵塞，堵塞原因主要是地?zé)嵛菜械膽腋∥镱w粒，在回灌壓力作用下附著在回灌井的井壁上或進(jìn)入熱儲(chǔ)的裂隙中影響回灌能力。并且，回灌水中的氣泡也會(huì)影響回灌的速度，回灌水量基本維持在20m?/h～30m?/h。

2 回灌技術(shù)方案

東沽石油新村的供暖系統(tǒng)采用地?zé)嶂惫┓绞剑h(huán)后的水質(zhì)較差，并且供暖管網(wǎng)使用年限較長，管道內(nèi)鐵銹、懸浮物較多，容易堵塞砂巖空隙，影響回灌效果。綜合考慮上述因素，回灌采用了管式分離膜地?zé)嵛菜幚砑夹g(shù)，通過多級處理裝置，使處理后的地?zé)嵛菜疂M足孔隙型熱儲(chǔ)回灌要求。

處理設(shè)備主要由旋流除砂器、袋式過濾器、管式分離膜過濾器、排氣裝置和金屬防垢器組成。

（1）旋流除砂器

地?zé)峁┡到y(tǒng)長期運(yùn)行，管道不能經(jīng)常更換，除砂器可以清除管道中的大粒徑泥沙、鐵銹塊等機(jī)械性雜質(zhì)，保持系統(tǒng)內(nèi)水質(zhì)的潔凈，保護(hù)設(shè)備，防止管道阻塞。

（2）袋式過濾器

在回灌井井口安裝了袋式過濾器，袋式過濾器是一種結(jié)構(gòu)新穎、體積小、操作簡便靈活、節(jié)能、高效、密閉工作、適用性強(qiáng)的多用途過濾設(shè)備。過濾器內(nèi)部由金屬網(wǎng)籃支撐濾袋，液體由入口流進(jìn)，經(jīng)濾袋過濾后從出口流出，雜質(zhì)攔截在濾袋中，能夠有效減少地?zé)嵛菜诠苈愤\(yùn)動(dòng)過程中攜帶引起堵塞熱儲(chǔ)的物質(zhì)，保證回灌順利。

（3）管式膜過濾器

分為一級管式膜過濾器和二極管式膜過濾器，一級過濾精度為10μm，去除大部分懸浮物、微生物、膠體和鐵銹等雜質(zhì)，二級過濾精度1μm，去除剩余的懸浮物、微生物、細(xì)菌等雜質(zhì)，使出水達(dá)到會(huì)灌水要求。過濾器配備了反沖洗泵及清洗罐，通過PLC控制，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)反洗。

（4）排氣裝置

回灌流體由于管徑阻力和流動(dòng)狀態(tài)的變化，水動(dòng)力流場狀態(tài)發(fā)生變化，流體中的部分氣體析出并生成氣泡，當(dāng)駐留在砂巖孔隙中會(huì)產(chǎn)生氣堵。為避免回灌過程中產(chǎn)生氣堵，在回灌井井口前安裝一個(gè)脫氣罐，使地?zé)嵛菜M(jìn)入罐體，通過管徑變化，讓流速迅速降低，壓力下降，通過氣泡內(nèi)的壓力和罐內(nèi)壓力形成的壓差，迫使氣泡爆裂，將氣體釋放出來并通過排氣閥排除，防止氣泡進(jìn)入地下，阻塞回灌水通道。

（5）金屬防垢器

金屬防垢器通過合金材料與回灌水間的電場作用，降低結(jié)垢離子在回灌過程中的結(jié)垢。

3 回灌系統(tǒng)的工藝流程

供暖系統(tǒng)循環(huán)后排放的地?zé)嵛菜ㄟ^回灌泵及回灌管線，進(jìn)入旋流除砂器，去除大顆粒泥沙、鐵銹塊等機(jī)械性雜質(zhì)，然后進(jìn)入袋式過濾器，進(jìn)一步除掉尾水中懸浮物和膠體等雜質(zhì)。之后地?zé)嵛菜M(jìn)入一級管式分離膜過濾器，過濾精度10μm，除掉大部分懸浮物、微生物、鐵銹和膠體。接著進(jìn)入二極管式分離膜過濾器，過濾精度1μm，除掉剩余的懸浮物、微生物、細(xì)菌等雜質(zhì)，此時(shí)出水基本達(dá)到回灌水的指標(biāo)要求。然后進(jìn)入脫氣罐，除掉地?zé)嵛菜锌諝夂蜌馀荩绻麣馀葸M(jìn)入地?zé)峋?，?huì)堵塞熱儲(chǔ)通道。脫氣后的地?zé)嵛菜?jīng)過金屬防垢器，減少易結(jié)構(gòu)的離子，最后經(jīng)過處理的地?zé)嵛菜毓嘀恋責(zé)峋?/p>

4 回灌效果評估

（1）回灌試驗(yàn)

回灌試驗(yàn)前測得靜水位埋深121m，對應(yīng)液面溫度27℃。

第一組試驗(yàn)累計(jì)持續(xù)回灌37.5h，回灌地?zé)嵛菜疁囟?7℃，穩(wěn)定回灌量40m?/h，穩(wěn)定動(dòng)水位96m，穩(wěn)定時(shí)間12h。

第二組試驗(yàn)累計(jì)持續(xù)回灌28.1h，回灌地?zé)嵛菜疁囟?0℃，穩(wěn)定回灌量65m?/h，穩(wěn)定動(dòng)水位78m，穩(wěn)定時(shí)間20h。

第三組試驗(yàn)累計(jì)持續(xù)回灌65h，回灌地?zé)嵛菜疁囟?9℃，穩(wěn)定回灌量84m?/h，穩(wěn)定動(dòng)水位58m，穩(wěn)定時(shí)間50h。

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過相關(guān)公式計(jì)算，單井回灌量約為92m?/h，與開采量比較滿足回灌要求。

（2）水質(zhì)分析

為了確定回灌系統(tǒng)的處理效果，分別對過濾前、過濾后的地?zé)嵛菜M(jìn)行了取樣分析，分析項(xiàng)目包括腐生菌、懸浮物、鐵細(xì)菌及粒徑等，分析化驗(yàn)結(jié)果表明，地?zé)嵛菜?jīng)過過濾，里面的懸浮物含量由9.33mg/L降至0.4mg/L，腐生菌由1300個(gè)/mL將至0.0，鐵細(xì)菌由13個(gè)/mL將至0.0，經(jīng)過處理后的細(xì)菌、腐生菌等各項(xiàng)目的含量滿足回灌水質(zhì)要求。

粒徑分析表明，過濾前地?zé)嵛菜牧皆?.10μm至5.0μm左右，過濾后地?zé)嵛菜牧皆?.12μm左右。由分析結(jié)果可知，過濾后懸浮物的顆粒的粒徑滿足回灌水標(biāo)準(zhǔn)。

（3）回灌系統(tǒng)的先進(jìn)性

回灌系統(tǒng)密閉，消除了地?zé)嵛菜臏囟?、壓力等因素變化而產(chǎn)生沉淀導(dǎo)致熱儲(chǔ)層堵塞的現(xiàn)象。

管式分離膜處理技術(shù)利用過濾精度高的管式分離膜為分離介質(zhì)，能夠有效過濾了懸浮物、細(xì)菌等雜質(zhì)，保證地?zé)嵛菜匣毓嗨|(zhì)要求。管式分離膜表面光潔度好，不易被雜質(zhì)堵塞，保證過濾器處理的地?zé)嵛菜髁糠€(wěn)定。同時(shí)，采用管式分離膜技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)反洗，保證回灌系統(tǒng)穩(wěn)定安全運(yùn)行。

5 經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)現(xiàn)在的天津市礦產(chǎn)資源補(bǔ)償費(fèi)的優(yōu)惠政策，對采取回灌方式進(jìn)行開發(fā)利用的單位，回灌部分的礦產(chǎn)資源費(fèi)只收取正常費(fèi)用的30%，并且地?zé)崴毓嗖糠挚梢悦饫U納排污費(fèi)，單井按年開采量20m?×104m?計(jì)算，可節(jié)約46萬元。

6 社會(huì)效益

目前天津市部分早期進(jìn)行地?zé)崂玫膯尉到y(tǒng)地?zé)嵛菜苯优欧?，而且排放溫度較高，造成地?zé)豳Y源嚴(yán)重浪費(fèi)。東沽回灌井經(jīng)過新回灌技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了地?zé)嵛菜罅炕毓?，達(dá)到了保護(hù)地?zé)豳Y源的目的，緩解了熱儲(chǔ)壓力的下降速率，延長了地?zé)峋氖褂脡勖矠槠渌貐^(qū)地?zé)峋毓嗵峁┝藢?shí)踐依據(jù)。

結(jié)語

管式分離膜回灌技術(shù)的成功實(shí)施，獲得了較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。減少了地?zé)嵛菜欧旁斐傻馁Y源浪費(fèi)，避免了地?zé)嵛菜苯优欧乓鸬臒嵛廴荆行У乇Ｗo(hù)了生態(tài)環(huán)境。此技術(shù)如在地?zé)峁┡袠I(yè)中大力推廣，必然成為地?zé)峄毓嗟闹饕夹g(shù)。

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