聊城市地熱回灌技術初步分析

吉龍江

摘要：地熱作為一種新興的清潔能源，越來越受到人們的青睞，地熱井的數量迅速增加。前期由于人們認識不夠，開采手段不完善，一般未能制定科學合理的開發方案，尾水直接排入城市污水管網，致使地熱田過量開采，熱儲水位下降迅速，地熱資源嚴重浪費。為有效控制水位下降，保護地熱資源，地熱回灌技術應運而生。回灌技術已在世界范圍內推廣應用在國內，北京、天津的地熱回灌也已經有了良好的開端，并獲得良好效果。在地熱資源豐富的聊城進行地熱回灌技術研究，能更好的為下一步地熱井回灌提供技術參數和理論依據

關鍵詞：聊城市；地熱資源；地熱回灌技術

聊城市地熱資源面積約為：1806.21平方公里。全市有50多眼地熱井，主要分布在聊城城區周圍、高唐、臨清、冠縣等區域，其中城區范圍內已有20眼，最深的是臨清市頤清苑地熱井1860米，井口溫度67℃；中深度的是聊城市城區星光房地產開發公司地熱井，井深1619米，井口溫度57℃；較淺的是聊城開發區圖騰房地產開發公司單官屯地熱井，井深1030米，井口溫度54℃。多數為房地產開發公司、大學、賓館飯店等企事業單位，主要用于住宅小區供熱、洗澡、游泳等。由于人們認識不夠，開采手段不完善，一般未能制定科學合理的開發方案，尾水直接排入城市污水管網，致使地熱田過量開采，熱儲水位下降迅速，地熱資源嚴重浪費。為有效控制水位下降，保護地熱資源，地熱回灌技術應運而生。

1 地熱回灌的必要性

地熱回灌是將地熱水利用后的尾水回灌到地下某層位中，作為避免地熱廢水直接排放引起的熱污染和化學污染的重要措施，真正做到了綠色環保。在地熱開采過程中對減少水頭損失，維持地層壓力平衡，保持地熱田的開采技術條件穩定和延長地熱田壽命具有重要的作用。

2 國內外對地熱回灌技術的研究程度

目前，回灌技術已在世界范圍內推廣應用，美國、新西蘭、冰島、意大利、法國、日本、羅馬尼亞、丹麥、菲律賓和薩爾瓦多等十多個國家得到了廣泛利用。在國內，北京、天津的地熱回灌也已經有了良好的開端，并獲得良好效果。

從2001年開始，地熱研究所在小湯山電信療養院進行地熱回灌試驗，2002年到現在，小湯山地熱回灌項目已經擴展到六個單位，回灌熱水總量達到150萬噸。經過三年的回灌，小湯山熱田地熱水位下降幅度逐漸變小，甚至還出現回升，解決了該區熱儲壓力持續下降的難題。

天津的地熱資源回灌研究始于1982年在大港區利用原有地熱井在新近系明化鎮組熱儲層進行過專門回灌試驗探索，此后各地熱田均進行地不同方式的回灌研究。天津地熱院、天津大學地熱中心和塘沽區地熱中心有關專家和技術人員，從回灌井成井工藝、回灌井地面系統工藝和生產性回灌試驗三個方面進行認真地研究和總結，就新近系孔隙型熱儲層回灌進行了深入細致的試驗工作。截至2007年11月，天津地區已開鑿地熱回灌井41眼，累計總回灌量已達1600多萬立方米，回灌井最深已達3500多米，走在了全國前列。為實施該工程，本市出臺了地熱礦產資源補償費收費標準，并將制定相應的鼓勵政策。企業自行投資補建回灌井設施的，將享受減收礦產資源補償費的政策；對由于歷史原因、場地條件等情況無法實施回灌的，將及時對其進行技術、工藝等方面的更新、改造，從而提高供熱系統利用率，減少開采量。

3地熱回灌可行性分析

3.1回灌條件可行性

經對聊城市區域地層分析認為，聊城市存在地熱回灌的地層條件。同層回灌，按試驗確定合適的回灌井距、回灌量、回灌時間，在回灌井距內進行異位同層回灌。當場區狹窄，小于最小回灌距離時，可考慮就近異層回灌。就目前開采量較大的新近系館陶組地熱，可將明化鎮組下段回館陶組上段作為地熱回灌層位，實現同位異層回灌。實際從廣泛意義上講，本熱儲層的上部層熱儲層均可作為地熱回灌層。

3.2 回灌工藝可行性

目前，國內外對回灌工藝流程研究較深入，使用較廣泛。回灌機具、裝置工作穩定可靠，可以實現各種情況下的回灌要求，此方面已不存在技術障礙。

3.3 技術支持可行性

隨著人們對地熱資源的深入研究，地熱回灌的設計、施工、試驗不需要科技創新。采用動態監測手段，長期監視斯地熱回灌情況，及時指導地熱開采和回灌工作。

4技術方法

4.1地熱地質條件調查研究

在廣泛收集已有地質、水文地質、地熱地質、地熱井等有關地質資料的基礎上，深入現場調查了解熱儲層位、開采情況、開發利用工藝流程、水化學成分及其前后變化、地熱尾水排放溫度、水量、時間等情況。諸點登記造冊。進行初步研究，確定最為理想的實驗場地。

4.2地熱回灌井施工

由于目前生產井，權屬均歸企業，利用其地熱井陘性試驗應給于一定補償。目前，還沒有一眼井能夠符合異層回灌的條件，因此需施工一眼。施工回灌井的基本技術要求與地熱開采井相仿，特別值得提出的是要對地熱井的封固應高標準嚴要求，確保回灌不能返水。

4.3回灌裝置建設

回灌設施包括回灌井、開采井和回灌管路，回灌管路主要包括輸水管路、進水管路、排水管路(回揚)等，

4.4回灌試驗與抽水試驗

4.4.1設備安裝及密封檢查

安裝好各項設備，要求對泵座軸、控制閥門軸、泵管接頭和真空壓表管路接頭等部位進行密封，防治空氣進入。用拉真空的方法觀察和檢查管路的密封效果，判別方法是在8h內真空度如能保持在700—500mmHg之間，可認為井的密封效果良好；若真空度小于500mmHg，則說明有漏氣現象，應檢查漏氣部位的密封情況。

4.4.2抽水試驗

回灌前，應對回灌井進行兩次降深的穩定流抽水試驗，以求取熱儲含水層的滲透系數等水文地質參數。以及采集回灌前地熱水質分析樣，并且測量地熱水水溫、水位。具體要求按穩定流抽水試驗有關規范要求進行。

4.4.3回灌前準備

①檢查電源起動設備和各閥門的開關狀態。

②通過抽水試驗，記錄回灌前地熱水靜動水位、單位出水量、回灌水及地熱水水溫等原始參數。

③記錄進水表和出水表的起始讀數。

④采取回灌水源，開采井試驗前水質分析樣。

5.4.4回灌操作程序

①關進水閥和回流閥，開控制閥、單流閥及放氣閥，然后停15分鐘測靜水位。

②合電閘、開泵回揚，至水揚清后，測動水位。

③拉真空，拉開電閘停泵，關單流閥和控制閥。

④開足水源閥和進水閥，緩開控制閥。

⑤待回灌水從放氣閥溢出后，再關緊放氣閥，開回流閥。

⑥調節壓力和回流量，按要求記錄回灌水量、水溫及壓力。

⑦開啟加壓泵進行加壓回灌。

5.4.5觀測與記錄

①試驗前和試驗結后進行回灌井井內溫度測量，測量采用JW—1高精度井溫儀，井內測量點距取5米，熱儲層和取水段加密測量。

②在每次回揚過程中，以及回揚后繼續回灌初期，要求每5分鐘記錄1次壓力表、溫度計、進水表及出水表讀數，待回灌壓力及回灌水量基本穩定后，每半小時記錄1次。

③因回揚及其他原因停灌后，應及時測量回灌井水位，回揚過程中記錄回灌井動水位、水溫及出水表讀數。

④在回灌期間，每半小時記錄1次開采井（1＃井）的水溫、水量、水位。

⑤回灌結束后，應繼續對回灌井水位，開采井水溫、水量進行監測，直至回灌井水位穩定為止。

5.4.6回揚

通過定期回揚，使回灌水滲透暢通，避免造成熱儲含水層堵塞而影響回灌。連續回灌24小時，回揚2—3次，若發生堵塞現象，應增加回揚次數。每次回揚先揚水10分鐘，接著停10分鐘，如此反復進行，直到把渾水抽清為止。

5.4.7水樣采集與測試

在回灌試驗前采取開采井、回灌井水質全分析樣與微量元素分析樣各1件，在試驗中采取開采井、回灌井水質全分析樣與微量元素分析樣各2件，試驗結束，采取開采井、回灌井水質全分析與微量元素分析樣各1件，以對比分析回灌前后地熱水水質變化規律。水樣采集、保存、測試按有關規范要求進行。

6動態監測

在試驗過程中，采用國內外先進的地熱資源開采自動化遠程監控系統，實施對水文、水壓、水位、水量、時間的監測。在原地熱資源開采監控系統基礎上研發地熱回灌監控系統，實施智能化回灌、回揚的控制。

結語

通過分析，在聊城實施地熱回灌是完全可行的。地熱回灌推廣以后可以減少地熱開采過程中的水頭損失，維持地層壓力平衡，保持地熱田的開采技術條件穩定和延長地熱田壽命。也可以避免地熱廢水直接排放引起的熱污染和化學污染的。

參考文獻

[1]陳墨香等.華北地熱[M]北京:科學出版社，1988。

[2]徐軍祥，康鳳新.山東省地熱資源[J]中國地質，2000,10(2):41-42。

[3]孫寶成，曾梅香，林黎，等.天津地熱對井回灌系統中的同位素跟蹤技術[J].地質調查與2005,28(3):197-191。