豫北某城區(qū)地?zé)崴斯ぜ訅夯毓鄬嶒炑芯?/h1>
2019-01-03 02:03:19張海嬌
西部資源 2019年3期
張海嬌
摘要：為研究豫北地區(qū)地?zé)崴毓嗟目尚行约斑m合的回灌模式，本文以豫北某城區(qū)地?zé)峋訅夯毓嘣囼灋槔M(jìn)行了試驗研究，結(jié)果表明：在豫北地區(qū)地?zé)崴虚_展加壓回灌是可行的;通過分析加壓前后回灌能力的變化、壓力與回灌量之間的關(guān)系以及回灌量與出水量之間的聯(lián)系，說明加壓回灌可以有效提高回灌能力，增大回灌量。此外，對抽灌井合理井距進(jìn)行了計算，可為條件類似地區(qū)實施回灌工程提供有益借鑒。
關(guān)鍵詞：地?zé)?加壓回灌;地?zé)嵛菜?井距;豫北地區(qū)
地?zé)崴Y源作為一種清潔型能源，對發(fā)展經(jīng)濟(jì)、改善能源結(jié)構(gòu)、保護(hù)環(huán)境及實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略意義重大，是經(jīng)濟(jì)一能源一環(huán)境可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中的一個重要組成部分。
白20個世紀(jì)80年代，國內(nèi)地?zé)豳Y源開發(fā)利用蓬勃興起，地?zé)崴褟V泛應(yīng)用于醫(yī)療、洗浴、游泳，部分用于礦泉水開發(fā)及地?zé)峁┡?，產(chǎn)生了積極的社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。但由于開采井?dāng)?shù)和開采量的不斷增加，且長期只采不灌，使得部分地區(qū)熱儲層水位快速下降，形成了較大范圍的降落漏斗，且漏斗中心區(qū)的地?zé)崴霈F(xiàn)了掉泵和不能連續(xù)供水的情況。目前認(rèn)為回灌可以有效地解決地?zé)衢_發(fā)利用所帶來的諸多問題。為進(jìn)行地?zé)峄毓嗉夹g(shù)研究，為地?zé)豳Y源的可持續(xù)開發(fā)利用提供技術(shù)支撐，在豫北某縣某小區(qū)開展了地?zé)崴訅夯毓嘣囼炑芯俊?/p>
1.回灌試驗概況
1.1實驗場地及實驗井概況
××城區(qū)位于內(nèi)黃凸起東北端，新生界地層呈向東南緩斜的單斜層，傾角6°～8°。地?zé)犷愋椭饕獮閭鲗?dǎo)型，熱儲為層狀熱儲。本次地?zé)嵩囼灳∟01、N02）兩井相距315m，均為近2年新成地?zé)峋?，其成井T藝、取水層段、靜水位埋深、地?zé)崃黧w溫度等均非常接近，為典型的同層位回灌對井。
1.2熱儲層特征
回灌熱儲以新近系館陶組為主。該熱儲埋深981m—1375.8m，熱儲介質(zhì)為細(xì)砂巖、中細(xì)砂巖、砂礫巖等，厚度140m—155.lm，孔隙度為0.22，富水性較好。該層地?zé)崃黧w化學(xué)類型為SO42-·Cl--Na+，pH值7.73—8.22，屬弱堿性水;硬度為374.Omg/L—577mg/L，屬硬水、極硬水;可溶性總固體約1924mg/L—2881mg/L。
1.3回灌模式及回灌工藝
回灌方式采用“多壓力對井同層、同溫回灌試驗”。回灌試驗采用一抽一灌的形式，先從N01井抽水，對N02井進(jìn)行回灌，然后從N02井抽水，對N01井進(jìn)行回灌。每次均進(jìn)行4個壓力回灌試驗（常壓2次、加壓2次），與之相對應(yīng)，抽水井為四個落程。
本次回灌工藝流程為：地?zé)崃黧w由潛水泵從開采井抽出后依次經(jīng)過除砂器、粗過濾器、細(xì)器過濾，將水中的固體懸浮顆粒及部分微生物過濾，然后經(jīng)過排氣罐排氣，再由變頻加壓泵加壓，最后回灌到地?zé)峄毓嗑小?/p>
2.試驗結(jié)果分析
2.1回灌實驗成果
本次回灌試驗共2組。其中N01抽、N02灌試驗歷時212h，共完成回灌水量10089.84m3，回灌試驗成果見表l。
N01灌、N02抽試驗歷時152h，共完成回灌水量7408.08m3回灌試驗成果見表2。
實驗表明，在常壓狀態(tài)下，可實現(xiàn)的回灌量為40.56m3/h，在加壓（0.25MPa）狀態(tài)下，回灌量可達(dá)60.9m3/h，表明在豫北孔隙型熱儲層中進(jìn)行地?zé)崃黧w回灌是可行的。
2.2加壓前后回灌效果對比
對比自然回灌和加壓回灌后單位回灌量的變化可以得出，加壓回灌可以有效增加回灌量，且增加的程度與所施加的壓力成正相關(guān)關(guān)系。自然回灌時最大穩(wěn)定回灌量為40.56m3/h，加壓回灌后，隨著壓力的增大穩(wěn)定回灌量也逐漸增大，當(dāng)施加壓力在0.25MPa—0.28MPa時，穩(wěn)定回灌量較自然回灌時提高了50.15%。對比自然回灌和加壓回灌時的單位回灌量可知，由于加壓在一定程度上打開了熱儲層的流體通道并加快了流體遷移的速度，使得回灌流量有所加大;而所加壓力越大，回灌流體的速度越快，從而使得回灌量越大。
2.3回灌量與回灌壓力、回升水位關(guān)系分析
在各單次升程的回灌初期，回灌井內(nèi)尚有部分空間且其中的空氣未全部排掉，地下熱水也未形成穩(wěn)定的滲流場，所施加的壓力也未定，在回灌水量一定的情況下，綜合導(dǎo)致回灌初期回灌回升水位及波動范圍較大;當(dāng)回灌井內(nèi)全部充滿水后，孔內(nèi)壓力就會明顯增加，此時所施加的壓力也逐漸趨于穩(wěn)定，回升水位及其波動范圍明顯變小，回灌壓力穩(wěn)定后，地?zé)崴€(wěn)定滲流場也逐漸形成。因此，回灌中后期瞬時回升水位趨于相對穩(wěn)定。
回灌壓力穩(wěn)定后的回灌量與回灌壓力（回升水位）之間的關(guān)系為：回灌量隨著回灌壓力（回升水位）的增大而增大，單位回灌量隨著壓力（回升水位）的增大而減少，并均呈對數(shù)函數(shù)關(guān)系（見圖l和圖2）。
2.4灌抽比分析
將回灌量等同于抽水流量，回升水位等同于降深，單位回升回灌量相當(dāng)于單位降深流量，以此來計算各試驗井組的灌抽比。結(jié)果表明，在相同降深情況下，回灌量小于抽水流量，其中N01井的灌抽比可達(dá)到86.8%，而N02井的最大灌抽比僅為28.9%。注：N01井抽水流量根據(jù)N01抽N02灌試驗時的抽水試驗數(shù)據(jù)取得的相關(guān)性公式Q=0.9039S+12計算得出;N02井抽水流量根據(jù)N01灌N02抽試驗時的抽水試驗數(shù)據(jù)取得的相關(guān)性公式Q=3.6541S+6.6246計算得出;回灌壓力lMPa=lOOm水柱。
3.抽灌井合理井距計算
在假設(shè)對井回灌系統(tǒng)工作50年的情況下對采、灌對井合理井間距進(jìn)行計算分析。孔隙型熱儲地?zé)岵?、灌對井井距遵循以下?shù)學(xué)關(guān)系式：
式中：D：對井井底距離（m）;Q：總回灌量（m3/d）;b：熱儲層有效厚度（m）;l1：熱儲層孔隙度（%）;t：按對井回灌系統(tǒng)工作50年。根據(jù)已有資料，公式中各項取值為：Q：取回灌量1461.6m3/d;（按最大回灌量60.9m3/h計）;b：熱儲層有效厚度取92.8-140m;n：熱儲層孔隙度取22%;t：按年，每年回灌時間以天計，取t=so×120—6000d。
由上述公式計算可得：D=522-641m，即設(shè)計回灌井與設(shè)計開采井的井底距離為641m時，冷、熱流體混合鋒面在50年后白回灌井到達(dá)開采井，產(chǎn)生熱突破。因此為避免相互干擾或過早出現(xiàn)熱突破現(xiàn)象，對井之間的合理井底距離應(yīng)大于641m。
4.結(jié)語
（1）加壓回灌可以有效提高回灌能力，大幅增加回灌量，為切實解決地?zé)崴毓嗔啃〉膯栴}提供了有效途徑。（2）回灌過程中所施加壓力越大，單位回灌量也就越大，說明加壓回灌在一定程度上可以疏通滲流通道，提高回灌（滲水）能力。（3）因回灌堵塞原因，地?zé)峋嗖杀容^低，一般遠(yuǎn)小于l。因此，為可持續(xù)開發(fā)地?zé)豳Y源，應(yīng)制定合理的采灌模式。（4）為避免回灌水過快到達(dá)抽水井，從而引起抽水井溫度的降低;同時，為避免回灌井距離開采井過遠(yuǎn)，導(dǎo)致回灌水到達(dá)抽水井時間過長，不能起到保持熱儲壓力，穩(wěn)定地?zé)峋a(chǎn)能力的作用，因此，確定灌采井的合理井距也非常重要。
參考文獻(xiàn)：
[1]吳繼強(qiáng)，張紀(jì)哲，李曉輝，et a1.西安市城區(qū)地?zé)崴斯ぜ訅夯毓嘣囼炑芯縖J].水資源與水工程學(xué)報，2014（5）：213-218.
[2]何滿潮，劉斌，姚磊華，et a1.地?zé)崴畬毓酀B流場理論研究[J]中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報，2004，33（3）：245-248.
[3]周世海，楊詢昌，梁偉，et a1.德州市城區(qū)地?zé)崴斯せ毓嘣囼炑芯縖J].山東國土資源，2007，23（9）.
[4]蔡義漢.地?zé)嶂苯永肹M].天津大學(xué)出版社，2004.
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張海嬌
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關(guān)鍵詞：地?zé)?加壓回灌;地?zé)嵛菜?井距;豫北地區(qū)
地?zé)崴Y源作為一種清潔型能源，對發(fā)展經(jīng)濟(jì)、改善能源結(jié)構(gòu)、保護(hù)環(huán)境及實施可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略意義重大，是經(jīng)濟(jì)一能源一環(huán)境可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中的一個重要組成部分。
白20個世紀(jì)80年代，國內(nèi)地?zé)豳Y源開發(fā)利用蓬勃興起，地?zé)崴褟V泛應(yīng)用于醫(yī)療、洗浴、游泳，部分用于礦泉水開發(fā)及地?zé)峁┡?，產(chǎn)生了積極的社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。但由于開采井?dāng)?shù)和開采量的不斷增加，且長期只采不灌，使得部分地區(qū)熱儲層水位快速下降，形成了較大范圍的降落漏斗，且漏斗中心區(qū)的地?zé)崴霈F(xiàn)了掉泵和不能連續(xù)供水的情況。目前認(rèn)為回灌可以有效地解決地?zé)衢_發(fā)利用所帶來的諸多問題。為進(jìn)行地?zé)峄毓嗉夹g(shù)研究，為地?zé)豳Y源的可持續(xù)開發(fā)利用提供技術(shù)支撐，在豫北某縣某小區(qū)開展了地?zé)崴訅夯毓嘣囼炑芯俊?/p>
1.回灌試驗概況
1.1實驗場地及實驗井概況
××城區(qū)位于內(nèi)黃凸起東北端，新生界地層呈向東南緩斜的單斜層，傾角6°～8°。地?zé)犷愋椭饕獮閭鲗?dǎo)型，熱儲為層狀熱儲。本次地?zé)嵩囼灳∟01、N02）兩井相距315m，均為近2年新成地?zé)峋?，其成井T藝、取水層段、靜水位埋深、地?zé)崃黧w溫度等均非常接近，為典型的同層位回灌對井。
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1.3回灌模式及回灌工藝
回灌方式采用“多壓力對井同層、同溫回灌試驗”。回灌試驗采用一抽一灌的形式，先從N01井抽水，對N02井進(jìn)行回灌，然后從N02井抽水，對N01井進(jìn)行回灌。每次均進(jìn)行4個壓力回灌試驗（常壓2次、加壓2次），與之相對應(yīng)，抽水井為四個落程。
本次回灌工藝流程為：地?zé)崃黧w由潛水泵從開采井抽出后依次經(jīng)過除砂器、粗過濾器、細(xì)器過濾，將水中的固體懸浮顆粒及部分微生物過濾，然后經(jīng)過排氣罐排氣，再由變頻加壓泵加壓，最后回灌到地?zé)峄毓嗑小?/p>
2.試驗結(jié)果分析
2.1回灌實驗成果
本次回灌試驗共2組。其中N01抽、N02灌試驗歷時212h，共完成回灌水量10089.84m3，回灌試驗成果見表l。
N01灌、N02抽試驗歷時152h，共完成回灌水量7408.08m3回灌試驗成果見表2。
實驗表明，在常壓狀態(tài)下，可實現(xiàn)的回灌量為40.56m3/h，在加壓（0.25MPa）狀態(tài)下，回灌量可達(dá)60.9m3/h，表明在豫北孔隙型熱儲層中進(jìn)行地?zé)崃黧w回灌是可行的。
2.2加壓前后回灌效果對比
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2.3回灌量與回灌壓力、回升水位關(guān)系分析
在各單次升程的回灌初期，回灌井內(nèi)尚有部分空間且其中的空氣未全部排掉，地下熱水也未形成穩(wěn)定的滲流場，所施加的壓力也未定，在回灌水量一定的情況下，綜合導(dǎo)致回灌初期回灌回升水位及波動范圍較大;當(dāng)回灌井內(nèi)全部充滿水后，孔內(nèi)壓力就會明顯增加，此時所施加的壓力也逐漸趨于穩(wěn)定，回升水位及其波動范圍明顯變小，回灌壓力穩(wěn)定后，地?zé)崴€(wěn)定滲流場也逐漸形成。因此，回灌中后期瞬時回升水位趨于相對穩(wěn)定。
回灌壓力穩(wěn)定后的回灌量與回灌壓力（回升水位）之間的關(guān)系為：回灌量隨著回灌壓力（回升水位）的增大而增大，單位回灌量隨著壓力（回升水位）的增大而減少，并均呈對數(shù)函數(shù)關(guān)系（見圖l和圖2）。
2.4灌抽比分析
將回灌量等同于抽水流量，回升水位等同于降深，單位回升回灌量相當(dāng)于單位降深流量，以此來計算各試驗井組的灌抽比。結(jié)果表明，在相同降深情況下，回灌量小于抽水流量，其中N01井的灌抽比可達(dá)到86.8%，而N02井的最大灌抽比僅為28.9%。注：N01井抽水流量根據(jù)N01抽N02灌試驗時的抽水試驗數(shù)據(jù)取得的相關(guān)性公式Q=0.9039S+12計算得出;N02井抽水流量根據(jù)N01灌N02抽試驗時的抽水試驗數(shù)據(jù)取得的相關(guān)性公式Q=3.6541S+6.6246計算得出;回灌壓力lMPa=lOOm水柱。
3.抽灌井合理井距計算
在假設(shè)對井回灌系統(tǒng)工作50年的情況下對采、灌對井合理井間距進(jìn)行計算分析。孔隙型熱儲地?zé)岵?、灌對井井距遵循以下?shù)學(xué)關(guān)系式：
式中：D：對井井底距離（m）;Q：總回灌量（m3/d）;b：熱儲層有效厚度（m）;l1：熱儲層孔隙度（%）;t：按對井回灌系統(tǒng)工作50年。根據(jù)已有資料，公式中各項取值為：Q：取回灌量1461.6m3/d;（按最大回灌量60.9m3/h計）;b：熱儲層有效厚度取92.8-140m;n：熱儲層孔隙度取22%;t：按年，每年回灌時間以天計，取t=so×120—6000d。
由上述公式計算可得：D=522-641m，即設(shè)計回灌井與設(shè)計開采井的井底距離為641m時，冷、熱流體混合鋒面在50年后白回灌井到達(dá)開采井，產(chǎn)生熱突破。因此為避免相互干擾或過早出現(xiàn)熱突破現(xiàn)象，對井之間的合理井底距離應(yīng)大于641m。
4.結(jié)語
（1）加壓回灌可以有效提高回灌能力，大幅增加回灌量，為切實解決地?zé)崴毓嗔啃〉膯栴}提供了有效途徑。（2）回灌過程中所施加壓力越大，單位回灌量也就越大，說明加壓回灌在一定程度上可以疏通滲流通道，提高回灌（滲水）能力。（3）因回灌堵塞原因，地?zé)峋嗖杀容^低，一般遠(yuǎn)小于l。因此，為可持續(xù)開發(fā)地?zé)豳Y源，應(yīng)制定合理的采灌模式。（4）為避免回灌水過快到達(dá)抽水井，從而引起抽水井溫度的降低;同時，為避免回灌井距離開采井過遠(yuǎn)，導(dǎo)致回灌水到達(dá)抽水井時間過長，不能起到保持熱儲壓力，穩(wěn)定地?zé)峋a(chǎn)能力的作用，因此，確定灌采井的合理井距也非常重要。
參考文獻(xiàn)：
[1]吳繼強(qiáng)，張紀(jì)哲，李曉輝，et a1.西安市城區(qū)地?zé)崴斯ぜ訅夯毓嘣囼炑芯縖J].水資源與水工程學(xué)報，2014（5）：213-218.
[2]何滿潮，劉斌，姚磊華，et a1.地?zé)崴畬毓酀B流場理論研究[J]中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報，2004，33（3）：245-248.
[3]周世海，楊詢昌，梁偉，et a1.德州市城區(qū)地?zé)崴斯せ毓嘣囼炑芯縖J].山東國土資源，2007，23（9）.
[4]蔡義漢.地?zé)嶂苯永肹M].天津大學(xué)出版社，2004.
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