西寧盆地地?zé)崴卣骷盎毓嘟Y(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)

趙 振 ，秦光雄 ，羅銀飛 ，晁嘉豪 ，耿松鶴 ，張 亮

（1.青海省環(huán)境地質(zhì)勘查局，青海 西寧 810001；2.青海省環(huán)境地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海 西寧810001；3.中國(guó)石油大學(xué)（華東）石油工程學(xué)院，山東 青島 266580；4.非常規(guī)油氣開(kāi)發(fā)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266580）

地下熱水資源是一種清潔能源，在一定程度上是可再生資源，因此具有較高的開(kāi)發(fā)利用價(jià)值[1]。我國(guó)地?zé)豳Y源豐富，地?zé)豳Y源種類較多，分布較為廣泛[2]。相比于其他常規(guī)能源，地?zé)崴Y源熱量更高、節(jié)能減排和綠色低碳效應(yīng)更加顯著[3]。當(dāng)持續(xù)開(kāi)采或開(kāi)采強(qiáng)度逐漸增大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)補(bǔ)給能力小于開(kāi)采強(qiáng)度，發(fā)生熱儲(chǔ)壓力下降等不良地質(zhì)環(huán)境問(wèn)題，需要進(jìn)行地?zé)嵛菜毓郲4-9]。國(guó)內(nèi)外案例表明，地?zé)崴_(kāi)采及回灌過(guò)程中，常由于井筒溫壓變化等原因造成井口設(shè)備、井筒及地層中產(chǎn)生碳酸鹽或硫酸鹽沉淀、結(jié)垢[10]，井壁水垢脫落后如果落入井底，可能會(huì)對(duì)井筒形成堵塞；如果落在變徑口上，可能會(huì)將井筒堵死，這些都會(huì)導(dǎo)致回灌的衰減和堵塞[11]。另外，回灌水與地下熱水不配伍也是儲(chǔ)層回灌堵塞的主要影響因素[12]。結(jié)垢問(wèn)題已嚴(yán)重制約了地?zé)衢_(kāi)發(fā)效率[13]，而且還會(huì)對(duì)管材在地?zé)崴橘|(zhì)中的局部腐蝕行為產(chǎn)生顯著影響[14]，嚴(yán)重時(shí)甚至導(dǎo)致停產(chǎn)停注[15]。

西寧盆地具有豐富的中低溫地?zé)豳Y源。與東部天津、山東等地地?zé)豳Y源對(duì)比[16-17]，西寧盆地地?zé)崴写罅苛蛩岣吞妓岣雀g性離子、鈣和鎂等結(jié)垢離子以及氯化物、硫化物等環(huán)境污染成分，地?zé)醿?chǔ)層具有溶解性總固體高、水頭高、滲透率低等特點(diǎn)，地?zé)崴毓鄮?lái)極大挑戰(zhàn)，導(dǎo)致目前的開(kāi)發(fā)方式還處于粗放狀態(tài)，極大限制了西寧盆地中低溫地?zé)崮艿母咝ч_(kāi)發(fā)。

因此，針對(duì)西寧盆地的中低溫地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)，本文在廣泛調(diào)研西寧盆地高溶解性總固體地?zé)崴幕A(chǔ)上，分析了回灌過(guò)程中可能發(fā)生的井筒和儲(chǔ)層結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，提出了對(duì)應(yīng)的除防垢建議，以期探索出適合于西寧盆地中低溫地?zé)豳Y源的可持續(xù)高效開(kāi)發(fā)利用方式。

1 西寧盆地地?zé)崴植继卣?/h2>

1.1 西寧盆地地?zé)岢梢?/h3>

西寧盆地呈“凹中凸”構(gòu)造，中央為西寧凸起，北為雙樹(shù)坳陷，南為總寨坳陷，兩側(cè)坳陷內(nèi)廣泛分布沉積斷陷型中低溫地下熱水，由地殼內(nèi)部獲得熱量，有較厚的保溫隔熱蓋層，深循環(huán)加熱后的地下熱水常常沿構(gòu)造通道富集，形成隱伏熱異常。盆地坳陷區(qū)斷裂構(gòu)造發(fā)育為封閉或半封閉的對(duì)流體系，有利于地?zé)岙惓５漠a(chǎn)生，而“凹中凸”構(gòu)造的地?zé)嵩鰷芈蕜t明顯提高，同時(shí)其旁側(cè)有利于地下熱水富集[18]?；诖?，西寧盆地形成了大地?zé)崃鳛闊嵩础⒌蜔釋?dǎo)率巖層聚熱、深循環(huán)逐漸加熱及對(duì)流機(jī)制控水控?zé)岬臒醿?chǔ)概念模型，如圖1、圖2所示。

圖1 西寧盆地構(gòu)造單元?jiǎng)澐致詧D（據(jù)文獻(xiàn)[19]，略有修改）Fig.1 Sketch map of tectonic units in the Xining Basin(modified from Ref.[19])

圖2 西寧盆地中新生界熱儲(chǔ)構(gòu)造概念模型縱向剖面（據(jù)文獻(xiàn)[18]，略有修改）Fig.2 Longitudinal section of the conceptual model of Mesozoic thermal reservoir structure in the Xining Basin（modified from Ref.[18]）

1.2 西寧地區(qū)地?zé)崴植继卣?/h3>

研究區(qū)地?zé)豳Y源開(kāi)發(fā)較早，地?zé)醿?chǔ)層位于西寧盆地中央凸起附近，埋深在700～1 600 m，水溫在30～70 ℃，分布不均勻且含水層情況復(fù)雜，其地下熱水來(lái)源于大氣降水補(bǔ)給，在沿大斷裂深循環(huán)過(guò)程中從深部熱儲(chǔ)獲得熱量，又從流經(jīng)的侏羅系—新近系等地層中溶濾出鹽分。不同成因類型的地?zé)崃黧w其熱儲(chǔ)環(huán)境存在一定的差異，在漫長(zhǎng)的地質(zhì)歷史時(shí)期，水巖反應(yīng)程度決定熱儲(chǔ)流體水化學(xué)的主控因素[20]。研究區(qū)熱儲(chǔ)層巖性主要是含有大量石膏和鈣芒硝透鏡體的砂巖，所以西寧地區(qū)地?zé)崴芙庑钥偣腆w普遍較高，水化學(xué)類型多屬于SO4·Cl—Na型。前期鉆獲的主要地?zé)峋艣r如表1所示。根據(jù)表1中的西寧地區(qū)地?zé)崴植继卣鳎谄渲械湫?1口地?zé)峋木谒疁睾腿芙庑钥偣腆w，采用Surfer軟件繪制西寧地區(qū)地?zé)崴木谒疁睾腿芙庑钥偣腆w分布等值線圖，如圖3所示。這些典型地?zé)崴植荚谖鲗幒庸鹊貐^(qū)，總體上，井口水溫從北向南逐漸升高，在11.00～62.00 ℃，地?zé)崴芙庑钥偣腆w從西向東逐漸升高，在2.16×104～6.48×104mg/L。

表1 西寧地區(qū)主要地?zé)峋厩闆rTable 1 Statistics of the major geothermal wells in the Xining area

圖3 研究區(qū)地?zé)崴植继卣鱂ig.3 Distribution characteristics of geothermal water in the study area

2 典型地?zé)崴毓嘟Y(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)判斷

對(duì)西寧地區(qū)5口典型地?zé)峋?018—2019年進(jìn)行水樣采集（另有DR2005、DR2016地?zé)嵩兴|(zhì)分析資料），測(cè)定離子組成，采用礦物溶解度法、飽和指數(shù)法等[21-25]進(jìn)行單一地?zé)崴突旌系責(zé)崴Y(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)，分析判斷地?zé)崴毓嗑矁?nèi)的結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)。

2.1 地?zé)崴瘜W(xué)特征

參考《地下水質(zhì)檢驗(yàn)方法》（DZ/T 0064.1-80—1993），對(duì)7個(gè)地?zé)崴畼舆M(jìn)行離子組成監(jiān)測(cè)，結(jié)果如表2所示，DR2005和DR2016兩口地?zé)峋那捌跍y(cè)定結(jié)果亦列在表中（DR2005原及DR2016原）。地?zé)崴写罅拷Y(jié)垢陰陽(yáng)離子，Ca2+含量為24.04～549.55 mg/L，量為0.69×103～2.82×103mg/L，此外還含有少量鋇鍶離子；除8401井地?zé)崴嗜跛嵝?，其余水樣均呈弱堿性，部分地?zé)崴鏒R2005和DR2016還含有微量的游離CO2。地?zé)崴芙庑钥偣腆w為1.85×103～4.80×104mg/L。采用舒卡列夫分類法判斷各地?zé)崴瘜W(xué)類型，雖然水化學(xué)類型差異較大，但主要以SO4·Cl—Na型為主。由于DR2005井目前坍塌，取得水樣受淺層水污染，水質(zhì)較前期變化明顯，其余水樣如DR2007和DR2016測(cè)定結(jié)果與前期一致。

表2 西寧地區(qū)典型地?zé)崴畼铀|(zhì)分析結(jié)果Table 2 Hydrochemical ananlyses of typical geothermal water samples in the Xining area

2.2 單一地?zé)崴Y(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)判斷

回灌過(guò)程中，地?zé)崴鹘?jīng)回灌井筒進(jìn)入地層，井筒內(nèi)為單一回灌水狀態(tài)，進(jìn)入地層后為回灌水與地下熱水兩兩混合狀態(tài)。因此，首先針對(duì)單一地?zé)崴疇顟B(tài)進(jìn)行結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)，判斷井筒結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.1 礦物溶解度法

采用礦物溶解度法判斷各地?zé)崴畼咏Y(jié)垢趨勢(shì)。根據(jù)地?zé)崴x子組成，將水中結(jié)垢陽(yáng)離子與結(jié)垢陰離子進(jìn)行配對(duì)（4種陽(yáng)離子×2種陰離子），計(jì)算得到4種碳酸鹽垢和4種硫酸鹽垢在水中的最大生成量，并與這些鹽垢在水中的溶解度進(jìn)行對(duì)比，判斷可能存在的結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)果見(jiàn)圖4、圖5（最大生成量小于0.01 mg/L的鹽垢未在圖中標(biāo)出）。

圖4 不同地?zé)崴妓猁}垢最大生成量與溶解度曲線對(duì)比Fig.4 Comparison of the maximum formation and solubility curves of carbonate scale in different geothermal waters

圖5 不同地?zé)崴蛩猁}垢最大生成量與溶解度曲線對(duì)比Fig.5 Comparison of the maximum formation and solubility curves of sulfate scale in different geothermal waters

對(duì)比碳酸鹽垢與硫酸鹽垢在水中的溶解度可知：①以10 mg/kg水為界，鋇鍶垢溶解度一般大于鈣鎂垢溶解度；②硫酸鹽垢溶解度受溫度影響較小，一般隨溫度升高而稍微升高或不變，碳酸鹽垢溶解度則受溫度影響較大，其中碳酸鈣垢溶解度隨溫度升高而出現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，對(duì)溫度的影響較為敏感。因此，地?zé)崴毓?、溫度逐漸升高的過(guò)程可能對(duì)CaCO3結(jié)垢影響較大。

對(duì)比各地?zé)崴妓猁}垢最大生成量與其在水中的溶解度可得：①各水樣中CaCO3最大生成量均大于或等于其溶解度曲線，存在結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)；②各水樣中MgCO3最大生成量，均高于其溶解度曲線，存在結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，但需要注意的是MgCO3在水中不能穩(wěn)定存在，易水解成Mg（OH）2；③各水樣中BaCO3最大生成量，均低于其溶解度曲線，結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)較小；④SrCO3最大生成量，DR2016、DR2016原以及DR2007大于或等于其溶解度曲線，存在結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，其余水樣結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)較小。

在本次取樣得到的相應(yīng)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，對(duì)比各地?zé)崴蛩猁}垢最大生成量與其在水中的溶解度可得：各水樣MgSO4、CaSO4最大生成量均高于其溶解度，存在結(jié)垢可能，但水中硫酸根會(huì)與金屬離子形成大量絡(luò)合或離子對(duì)，只有剩余的少量游離態(tài)金屬離子和硫酸根離子才會(huì)形成結(jié)垢趨勢(shì)，因此不排除水樣中CaSO4和MgSO4最大生成量低于溶解度的可能；各水樣中BrSO4、BaSO4的最大生成量也均小于其溶解度，結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)小。

綜上，認(rèn)為CaCO3、MgCO3、CaSO4及MgSO4的最大生成量均遠(yuǎn)高于對(duì)應(yīng)溫度下的溶解度，但MgCO3易水解成Mg（OH）2，而水中硫酸根又會(huì)與金屬離子形成大量絡(luò)合離子對(duì)從而極大降低硫酸鹽結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，因此井筒條件下各地?zé)崴猩商妓徕}垢的可能性最大。

2.2.2 結(jié)垢趨勢(shì)指數(shù)法

采用飽和指數(shù)法對(duì)地?zé)崴M(jìn)行復(fù)合結(jié)垢趨勢(shì)預(yù)測(cè)。對(duì)于井筒內(nèi)注入水結(jié)垢預(yù)測(cè)，具體方法參考賈紅育等人建立的結(jié)垢趨勢(shì)模型，以鹽垢溶解平衡理論為基礎(chǔ)，以不同熱力學(xué)條件下的平衡常數(shù)為依據(jù)，綜合考慮溫度、壓力、水的離子強(qiáng)度、水中溶解CO2含量、pH值和氣相CO2的溶解作用等各種熱力學(xué)影響因素對(duì)碳酸鹽及硫酸鹽混合結(jié)垢的影響，通過(guò)依次計(jì)算注入水碳酸組分、pH、結(jié)垢飽和指數(shù)以及對(duì)應(yīng)的結(jié)垢量，針對(duì)單一地?zé)崴M(jìn)行注入井筒內(nèi)的復(fù)合結(jié)垢趨勢(shì)和最大結(jié)垢量預(yù)測(cè)[24-28]。

各地?zé)崴畼友鼐蚕蛳律郎剡^(guò)程中的結(jié)垢趨勢(shì)及最大結(jié)垢量如圖6所示。若某一類型垢的過(guò)飽和指數(shù)大于0，則說(shuō)明存在該類型的結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，且過(guò)飽和指數(shù)越大，結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)越大。碳酸鈣垢的過(guò)飽和指數(shù)始終大于0，且隨著溫度升高呈線性增長(zhǎng)，說(shuō)明碳酸鈣垢已在水中達(dá)到過(guò)飽和狀態(tài)，存在結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)；其他碳酸鹽以及硫酸鹽垢的過(guò)飽和指數(shù)也隨著溫度升高而變化，但均小于0，導(dǎo)致結(jié)垢量始終為0，因此結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)較小?？傮w來(lái)看，各水樣的過(guò)飽和指數(shù)相近，其中DR2005、DR2016、DR2005原、8401水樣的結(jié)垢趨勢(shì)稍高。此外，對(duì)于同一水樣，過(guò)飽和指數(shù)越大，結(jié)垢量越大，90 ℃下各地?zé)崴淖畲筇妓徕}結(jié)垢量排序?yàn)椋?401 ＞ DR2005原 ＞ DR2016 ＞ DR2016原、DR2007 ＞DR2005 ＞ 藥王泉，其中DR2005及藥王泉地?zé)崴Y(jié)垢量為最小，為10～30 mg/L；8401地?zé)崴Y(jié)垢量最大，可達(dá)380 mg/L，其次為DR2005原及DR2016地?zé)崴?，結(jié)垢量最大可達(dá)250～350 mg/L。地?zé)崴Y(jié)垢量與過(guò)飽和指數(shù)和結(jié)垢離子含量都有較大關(guān)系。

圖6 井筒內(nèi)地?zé)崴毓嗌郎剡^(guò)程中碳酸鈣過(guò)飽和指數(shù)及結(jié)垢趨勢(shì)Fig.6 CaCO3 saturation index and scaling trend in geothermal water reinjection and heating process in wellbore

2.3 混合地?zé)崴Y(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)判斷

為評(píng)價(jià)回灌水與地下熱水在近井儲(chǔ)層內(nèi)的混合結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，采用飽和指數(shù)法預(yù)測(cè)兩兩混合地?zé)崴倪^(guò)飽和指數(shù)及最大結(jié)垢量[24-30]。地層內(nèi)結(jié)垢預(yù)測(cè)的具體方法同樣參考賈紅育等人建立的結(jié)垢趨勢(shì)模型，依次通過(guò)地下熱水原始成分恢復(fù)計(jì)算、不同混合比例下混合水碳酸組分及pH計(jì)算、混合水飽和指數(shù)以及對(duì)應(yīng)的結(jié)垢量計(jì)算等步驟，進(jìn)行兩種地?zé)崴诘貙觾?nèi)的結(jié)垢預(yù)測(cè)。當(dāng)?shù)玫降倪^(guò)飽和指數(shù)小于0時(shí)，水中離子濃度達(dá)不到飽和濃度，不會(huì)發(fā)生結(jié)垢。假設(shè)將地?zé)崴瓺R2005原、DR2007、DR2016、藥王泉和8401分別回灌至DR2005原地?zé)醿?chǔ)層中，先經(jīng)過(guò)回灌井筒內(nèi)回灌水的自我結(jié)垢過(guò)程（溫度從20 ℃升高至60 ℃），再在60 ℃下以不同比例與儲(chǔ)層內(nèi)的地下熱水混合結(jié)垢，預(yù)測(cè)結(jié)果如表3、表4所示。

表3 回灌井筒內(nèi)碳酸鈣垢過(guò)飽和指數(shù)及結(jié)垢趨勢(shì)Table 3 CaCO3 saturation index and scaling trend in wellbore

表4 地層內(nèi)碳酸鈣垢過(guò)飽和指數(shù)及結(jié)垢趨勢(shì)Table 4 CaCO3 saturation index and scaling trend in formation

由表可知，回灌DR2005原、DR2007和8401地?zé)崴畷r(shí)，結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)主要發(fā)生在井筒，與地下熱水混合后無(wú)結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)；回灌DR2016地?zé)崴畷r(shí)，不僅井筒中存在結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，地層中也存在一定結(jié)垢趨勢(shì)，隨著回灌水-地下熱水混合比例增大，結(jié)垢趨勢(shì)先增大后減小，最大結(jié)垢量為7.36 mg/L，此時(shí)注入水所占比例為30%；藥王泉地?zé)崴毓鄷r(shí)，井筒結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)較小，僅為10.29 mg/L，其結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)主要發(fā)生在地層中，這是由于藥王泉含有大量碳酸氫根離子，而DR2005原含有大量鈣離子，兩者不配伍而結(jié)垢，最大結(jié)垢量可達(dá)177.57 mg/L。根據(jù)計(jì)算得到的各地?zé)峋毓鄷r(shí)最大結(jié)垢量，繪制不同地?zé)峋诰矁?nèi)以及地層內(nèi)的結(jié)垢趨勢(shì)空間分布，如圖7所示。在圖中可看出，在地?zé)醿?chǔ)層溫度為60 ℃所對(duì)應(yīng)的深度處，由北向南井筒內(nèi)結(jié)垢趨勢(shì)逐漸增強(qiáng)，地層內(nèi)結(jié)垢趨勢(shì)逐漸減弱。

圖7 不同地?zé)崴毓鄷r(shí)結(jié)垢趨勢(shì)分布Fig.7 Distribution of scaling tendency during different geothermal water reinjections

綜上，認(rèn)為當(dāng)回灌水與地下熱水性質(zhì)相近時(shí)，回灌地層結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)較小，結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)主要發(fā)生在回灌井筒中；當(dāng)回灌水與地下熱水結(jié)垢陰陽(yáng)離子含量差異較大時(shí)，不配伍性將導(dǎo)致地層結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)大大提高。

3 地?zé)崴毓喾拦复胧┘敖ㄗh

通過(guò)評(píng)估得到，西寧地區(qū)地?zé)崴毓噙^(guò)程中，回灌井筒及地?zé)醿?chǔ)層中均存在結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)垢顆粒在管壁上的附著、在濾網(wǎng)及近井地層中的沉積，都會(huì)導(dǎo)致地?zé)崴幕毓嗄芰χ饾u下降，因此需要采取有效的綜合措施來(lái)預(yù)防井筒及近井地層結(jié)垢。

3.1 常用防垢除垢措施

石油行業(yè)油水井普遍存在結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，除防垢技術(shù)和措施豐富[31-32]，其中防垢方法包括物理防垢、化學(xué)防垢及工藝防垢，除垢方法分為化學(xué)除垢、物理除垢及機(jī)械除垢，對(duì)地?zé)衢_(kāi)發(fā)過(guò)程中的除防垢技術(shù)選擇具有良好的借鑒作用。對(duì)于地?zé)峋?，目前常用的防垢措施有預(yù)處理法、增壓法、化學(xué)法、磁法阻垢及采用防垢涂層等，常用的除垢方法有機(jī)械除垢（專用鉆頭定期清垢，空心機(jī)械通井器連續(xù)除垢）、水力破碎法及化學(xué)清洗法（HCl和HF等溶液加緩蝕劑溶解水垢）[15，33]。其中，預(yù)處理方法即在地?zé)崴M(jìn)入系統(tǒng)之前進(jìn)行預(yù)結(jié)晶沉淀和膜過(guò)濾等處理，減緩地?zé)崂孟到y(tǒng)的污垢生成，但可能存在生成的結(jié)垢顆粒在地面管線或設(shè)備中堵塞的情況，需要定期除垢；增壓法即采用電潛泵增壓，使CO2酸性氣體保留在液相中，使碳酸鈣處于不飽和狀態(tài)，從而達(dá)到防垢密度，但溶在水中過(guò)多的CO2酸性氣體會(huì)造成管線腐蝕的問(wèn)題；化學(xué)法即向回灌地?zé)崴型度胨嵝匀芤?，降低地?zé)崴畃H值，存在腐蝕問(wèn)題、不經(jīng)濟(jì)，或投入防垢劑，但須無(wú)毒，符合國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)，因此存在一定的技術(shù)成本；磁法阻垢即在磁場(chǎng)作用下在水中形成晶核，減少在管壁上的附著，但前期成本較高；阻垢涂層法即結(jié)合防腐涂層實(shí)現(xiàn)阻垢，但同樣面臨著磨損和定期更換的問(wèn)題。

目前已知的這些地?zé)嶙韫阜椒ǜ饔欣?，至今還沒(méi)有一個(gè)既經(jīng)濟(jì)方便又持續(xù)高效的方法?？紤]到西寧地區(qū)各地?zé)峋Y(jié)垢趨勢(shì)不同，應(yīng)均衡各防垢措施利弊，合理采取多種防垢措施。對(duì)于結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)較高的井，可采用預(yù)處理-增壓法-阻垢涂層聯(lián)合防垢，從地面設(shè)備到井筒進(jìn)行全方位的防垢，結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)較低的井可采用預(yù)處理等防垢方法。

3.2 綜合預(yù)防措施建議

西寧地區(qū)地?zé)崴毓嗖粌H面臨結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)，還面臨腐蝕及地層堵塞風(fēng)險(xiǎn)，因此設(shè)計(jì)綜合防治措施，有利于確?；毓嗑布暗貙拥拈L(zhǎng)期回灌能力，提高地?zé)崴_(kāi)發(fā)利用的經(jīng)濟(jì)性。通過(guò)篩選對(duì)比現(xiàn)有地?zé)崴毓喾栏拦阜蓝麓胧┘凹夹g(shù)，可考慮的措施有回灌地?zé)崴A(yù)處理、尋找與回灌水配伍的回灌儲(chǔ)層、井筒采用防腐防垢管材、井筒及近井地層定期酸洗、調(diào)節(jié)回灌水pH值、添加CO2、酸化壓裂等[15，31]，如表5所示。綜合對(duì)比各措施的原理、預(yù)防范圍及效果等，給出回灌井初步防護(hù)建議：主要考慮優(yōu)選管材的方法來(lái)達(dá)到井筒防腐目的，如采用玻璃鋼、不銹鋼管材等；對(duì)于井筒及地層結(jié)垢，可以考慮采取對(duì)地?zé)崴A(yù)處理、高壓防CO2脫氣等方法，提高回灌水組成穩(wěn)定性以及與地下熱水的配伍性。

表5 地?zé)峄毓嗑卜栏拦阜蓝麓胧﹨R總及對(duì)比Table 5 Summary and comparison of anti-corrosion, anti-scaling and anti-blocking measures in geothermal reinjection wellbore

在此基礎(chǔ)上，提出3套綜合防治方案（表6）。第1套方案工藝流程簡(jiǎn)單，對(duì)系統(tǒng)溫壓變化要求不高，系統(tǒng)封閉無(wú)O2，并建議嘗試采用目前最新的物理防垢技術(shù)，如采用合金短節(jié)形成微磁場(chǎng)使水分子極性化從而降低結(jié)垢趨勢(shì)；或采用HTI電偶層技術(shù)釋放大量負(fù)電子中和金屬離子，從而達(dá)到防垢的目的，是目前防垢技術(shù)的一個(gè)發(fā)展方向。

表6 地?zé)崴毓嗑C合防腐防垢防堵建議Table 6 Suggestions for comprehensive anti-corrosion, anti-scaling and anti-blocking in geothermal water reinjection wells

4 結(jié)論

（1）西寧地區(qū)地?zé)崴谏畈垦h(huán)過(guò)程中從侏羅系-新近系等地層中溶濾出鹽分，導(dǎo)致地?zé)崴写罅拷Y(jié)垢離子、溶解性總固體高。Ca2+含量為24.04～549.55 mg/L，量為0.69×103～2.82×103mg/L，此外還含有少量鋇鍶離子，pH多呈弱堿性，地?zé)崴芙庑钥偣腆w在1.85×103～4.80×104mg/L，主要為SO4·Cl—Na水化學(xué)類型。

（2）通過(guò)礦物溶解度法和飽和指數(shù)法預(yù)測(cè)得到，回灌過(guò)程中主要發(fā)生碳酸鈣垢風(fēng)險(xiǎn)，但各地?zé)崴町惷黠@，回灌井筒中結(jié)垢量排序?yàn)椋?401 ＞ DR2005原 ＞DR2016 ＞ DR2016原、DR2007 ＞ DR2005 ＞ 藥王泉，8401最大結(jié)垢量可達(dá)380 mg/L；地層中，藥王泉與DR2005原的配伍性最差，1∶1混合時(shí)結(jié)垢量最大可達(dá)177.57 mg/L，當(dāng)回灌水與地下熱水性質(zhì)相近時(shí)，地層結(jié)垢風(fēng)險(xiǎn)一般較小。

（3）建議采取物理防垢+管材防腐+同層注采、系統(tǒng)增壓防垢+管材防腐+同層注采、地面預(yù)處理+管材防腐+同層注采等地?zé)崴毓嗑栏拦阜蓝路椒?，可有效避免回灌過(guò)程中的腐蝕結(jié)垢問(wèn)題。