配伍性實(shí)驗(yàn)在西安市地?zé)崴毓嘣囼?yàn)中的應(yīng)用

陳玉林，田 濤，奇富民

(1，西北大學(xué)地質(zhì)學(xué)系，陜西 西安 710069;2.陜西省黃陵縣礦區(qū)粉煤灰蒸壓制磚有限公司，陜西 黃陵 727307)

經(jīng)過近年來對西安市地下熱水的動態(tài)監(jiān)測分析，地下熱水的水頭隨著開采量的增加呈現(xiàn)持續(xù)下降的趨勢，在地?zé)峋芗臇|南部，水頭年平均下降幅度大于15 m。根據(jù)國內(nèi)外地?zé)峋媒?jīng)驗(yàn)，回灌補(bǔ)源是延長地?zé)崴拈_發(fā)利用年限，實(shí)現(xiàn)地?zé)崴茉纯沙掷m(xù)利用的最有效的途徑之一。

西安市地?zé)峋饕康膶游粸樗{(lán)天灞河組和高陵群組熱儲層，均為第三系砂巖儲層，孔隙度和滲透率都比較低。藍(lán)天灞河組砂巖孔隙度主要分布在15%～30%之間，滲透率主要分布在250～300×10-3μm2之間。高陵群砂巖孔隙度主要分布在10% ～30%之間，滲透率小于50×10-3μm2。

配伍性的好壞直接決定地?zé)嵛菜毓嗍欠窨尚泻突毓嘈Ч暮脡?。一旦將不配伍的地?zé)崴毓嗟降貙又泻缶蜁纱罅克?，固體顆粒進(jìn)入孔隙吼道后就會堵塞吼道，導(dǎo)致地?zé)醿涌紫抖取B透率下降，回灌率降低。最后發(fā)生孔隙吼道堵塞，導(dǎo)致回灌率非常低或回灌難以進(jìn)行。

1 同層回灌的配伍性

同層回灌是指開采井和回灌井的取水層位相同，其中一眼井作為開采井抽取地?zé)崴?，將利用后的地?zé)嵛菜毓嗟搅硪谎劬校?jīng)過地層滲透到開采井時又能重新開發(fā)利用，達(dá)到了資源的循環(huán)利用，從根本上達(dá)到熱水資源可持續(xù)利用。由于同層水的水質(zhì)相差不大，同層水的配伍性一般情況下較為理想，不會發(fā)生不配伍的現(xiàn)象。本次實(shí)驗(yàn)以西安工程技術(shù)學(xué)院內(nèi)的兩眼地?zé)峋疄槔?/p>

1.1 開采井和回灌井概況

西安工程技術(shù)學(xué)院開采井完鉆井深1 784.9 m，井口出水水溫 68℃，取水段1 372.95 m ～1 761.2 m，層位藍(lán)田灞河組?；毓嗑赉@井深1 750.8 m，水溫61℃，取水段1 393.73 m～1 728.15 m，層位藍(lán)田灞河組。地?zé)崴砷_采井抽取到換熱器換熱，換熱后溫度為42℃左右，作為回灌水源，自然壓力下由泵管內(nèi)回灌到回灌井中。

1.2 開采井和回灌井水質(zhì)對比

開采井地?zé)崴兴栯x子主要有Na+，其含量為510.1 mg/L占陽離子總量的毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)為95.3%;陰離子主要為SO42-，其含量為 708.9 mg/L，占陰離子總量的毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)為63.9%;按化學(xué)類型定名原則，該井地?zé)崴瘜W(xué)類型為SO4—Na型水(見表1)。

回灌井地?zé)崴兴栯x子主要有 Na+，其含量為580.8mg/L占陽離子總量的毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)為93.5%;陰離子主要為SO42-，其含量為816.5mg/L，占陰離子總量的毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)為63.7%;按化學(xué)類型定名原則，該井地?zé)崴瘜W(xué)類型為SO4—Na型水(見表1)。

表1 開采井和回灌井水質(zhì)離子成分分析數(shù)據(jù)

水質(zhì)分析顯示:西安工程技術(shù)學(xué)院開采井和回灌井水質(zhì)沒有較大差別，各離子含量、總礦化度、水型基本一致。

1.3 配伍性分析

回灌水與地層水在地球化學(xué)性質(zhì)上一般存在一定的差異，兩種水混合如果不配伍將引發(fā)固體沉淀物堵塞濾水管，給地?zé)醿釉斐蔀?zāi)難性破壞，因此很有必要對回灌水與地層水的配伍性進(jìn)行研究。

表2 西安工程技術(shù)學(xué)院開采井水和回灌井水的配伍性結(jié)果

西安工程技術(shù)學(xué)院開采井和回灌井水樣配伍性實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:用開采井水回灌到回灌井中是可行的，不會發(fā)生CaSO4型水垢，CaCO3型水垢只有在回灌水和地層水為9:1的情況下會出現(xiàn)輕微結(jié)垢，結(jié)垢量為6.26 mg/L(見表2)。

2 異層水回灌的配伍性

異層回灌和同層回灌的區(qū)別是異層回灌的開采井和回灌井的取水層位不同。異層地?zé)崴捎谄溟_采層位不同，一般水質(zhì)相差較大，出現(xiàn)不配伍的可能性也非常大。因此異層水回灌前一定要進(jìn)行配伍性研究。一旦不配伍，就要進(jìn)行回灌前的處理，選擇合理經(jīng)濟(jì)的處理工藝和處理措施。本次實(shí)驗(yàn)以西安市曲江春曉苑小區(qū)地?zé)峋疄槔?/p>

2.1 開采井和回灌井概況

西安市曲江春曉苑小區(qū)開采井完鉆井深3 450.08 m，井口出水水溫104℃，取水段2 793.48～3 402.87 m，層位高陵群、白鹿塬組、紅河組?；毓嗑赉@井深2 885.00 m，水溫90℃，取水段1 461.05～2 859.07 m，層位高陵群。地?zé)崴砷_采井抽取到換熱站，換熱后經(jīng)過濾器過濾，再由水源熱泵二次利用，尾水溫度為18℃左右，作為回灌水源人工自然壓力下由井管回灌。

2.2 開采井和回灌井水質(zhì)對比

開采井地?zé)崴兴栯x子主要有Na+，其含量為690 mg/L占陽離子總量的毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)為94.7%;陰離子主要為SO42-和HCO3-，其含量分別為 840.5 mg/L 和 701.7 mg/L，分別占陰離子總量的毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)為51.7%和34.0%;按化學(xué)類型定名原則，該井地?zé)崴疄镾O4.HCO3—Na型水(見表3)。

回灌井地?zé)崴兴栯x子主要有Na+，其含量為1 912.2 mg/L占陽離子總量的毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)為89.4%;陰離子主要為SO42-，其含量為4 010.5 mg/L，占陰離子總量的毫克當(dāng)量百分?jǐn)?shù)為85.4%;按化學(xué)類型定名原則，該井地?zé)崴疄镾O4—Na型水(見表3)。

表3 開采井和回灌井水質(zhì)離子成分分析數(shù)據(jù)

水質(zhì)分析顯示:西安市曲江春曉苑小區(qū)開采井和回灌井水質(zhì)差異很大。開采井水的礦化度比回灌井的礦化度低近4 500 mg/L。前者為 SO4·HCO3—Na型水，后者為 Na2SO4型水。

2.3 配伍性分析

異層地?zé)崴捎谄涞V化度、水型都有很大差異，兩種水混合后都會產(chǎn)生水垢。本次實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)溫度為50℃，按不同比例混合，恒溫密閉，測量生成水垢的類型和結(jié)垢的數(shù)量。

曲江春曉苑小區(qū)開采井和回灌井水樣配伍性報告顯示:用開采井水回灌到回灌井中是可行的。不會產(chǎn)生CaSO4型水垢，CaCO3型水垢只有在回灌水和地層水為9∶1和7∶3的情況下會出現(xiàn)結(jié)垢，結(jié)垢量分別為86.68 mg/L和31.83 mg/L。均小于100 mg/L，配伍性較好(見表4)。

表4 西安市曲江春曉苑小區(qū)開采井水和回灌井水的配伍性結(jié)果

3 結(jié)論及建議

(1)地?zé)崴毓嗲把芯科渑湮樾允潜匾?。西安市地?zé)醿又饕獮榈谌瞪皫r孔隙型儲層，一旦將不配伍或配伍性不好的水回灌到熱儲層，對地?zé)醿拥钠茐膶⑹菫?zāi)難性的。

(2)同層回灌的配伍性好于異層回灌。地?zé)衢_采水井和回灌水井一般井距不大，如果取水層段相同，地?zé)崴乃|(zhì)相差不大;雖然地?zé)崴?jīng)過利用后溫度有所下降，但是總體讓對水水質(zhì)的影響較小，同層回灌的配伍性較好。

(3)異層回灌配伍性一般不是很理想。取水層段不同的地?zé)崴|(zhì)一般都有較為明顯的差異，水型和礦化度也不同。一旦不配伍，就要根據(jù)實(shí)際情況，添加處理設(shè)備，調(diào)整回灌方案。

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