山東省無棣縣地?zé)豳Y源回灌技術(shù)條件初探

王立東，于溪，姚英強(qiáng)，商婷婷

(1.山東省魯北地質(zhì)工程勘察院，山東 德州 253072；2.山東省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，山東 濟(jì)南 250014)

山東省無棣縣地?zé)豳Y源回灌技術(shù)條件初探

王立東1，于溪1，姚英強(qiáng)2，商婷婷2

(1.山東省魯北地質(zhì)工程勘察院，山東 德州 253072；2.山東省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，山東 濟(jì)南 250014)

通過對(duì)無棣地區(qū)地?zé)豳Y源地質(zhì)條件進(jìn)行分析，結(jié)合實(shí)施的回灌試驗(yàn)，從回灌結(jié)果、回灌熱儲(chǔ)條件、回灌設(shè)備等方面進(jìn)行綜合分析，并對(duì)回灌可行性進(jìn)行了研究，認(rèn)為無棣地區(qū)進(jìn)行地?zé)豳Y源回灌技術(shù)可行，為今后該區(qū)地?zé)豳Y源回灌提供了技術(shù)服務(wù)。

地?zé)豳Y源；回灌；技術(shù)條件；無棣縣

圖1 區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造略圖

1 開發(fā)利用概述

無棣縣現(xiàn)有地?zé)峋s5眼，全年地?zé)衢_采用水量約14.40×104m3/a左右。地?zé)崴_采量全年分配不均，供暖期地?zé)崴_采量占全年用水量的90%以上。在地?zé)崴_發(fā)利用中，地?zé)峁┡盟?9.52%，供暖面積超過35萬m2。雖然區(qū)內(nèi)地?zé)衢_發(fā)利用取得了一定成果，但總的看來，區(qū)內(nèi)地?zé)崂梅绞饺暂^單一，尚未形成梯級(jí)開發(fā)綜合利用，利用率仍比較低。隨著地?zé)豳Y源的不合理開發(fā)，大規(guī)模開采、直接排放、只采不灌等諸多原因，造成了資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，為水土污染及熱污染等地質(zhì)環(huán)境問題埋下了隱患[1-2]。

結(jié)合具體工程，對(duì)無棣縣五營社區(qū)地?zé)峄毓嘣囼?yàn)進(jìn)行分析探討，從回灌結(jié)果、回灌熱儲(chǔ)條件、回灌設(shè)備等方面進(jìn)行綜合分析，研究了無棣縣地?zé)豳Y源回灌的地質(zhì)條件，并對(duì)回灌條件進(jìn)行了研究。

2 試驗(yàn)場(chǎng)地地質(zhì)背景

2.1構(gòu)造

回灌試驗(yàn)場(chǎng)在大地構(gòu)造單元上屬華北板塊(Ⅰ)華北坳陷區(qū)(Ⅱ)濟(jì)陽坳陷區(qū)(Ⅲ)無棣潛斷隆(Ⅳ)大山潛凹陷(Ⅴ)上，其南與無棣凸起相鄰(圖1)。

試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)內(nèi)未發(fā)現(xiàn)斷裂，區(qū)域上的斷裂主要為埕子口斷裂和陵縣-老黃河口斷裂。

陵縣-老黃河口斷裂位于工作區(qū)南部，總體走向近NE，傾向SE，為南盤下降、北盤上升的正斷層。埕子口斷裂位于工作區(qū)北部，走向近EW—NE，南盤下降北盤上升，是四級(jí)構(gòu)造單元的分界線。

2.2地層

回灌試驗(yàn)場(chǎng)開采井、回灌井鉆遇的地層有第四紀(jì)、新近紀(jì)明化鎮(zhèn)組、新近紀(jì)館陶組和古近紀(jì)東營組，地層界線劃分見表1。

表1 鉆遇地層界線劃分

3 回灌試驗(yàn)基本情況

3.1回灌試驗(yàn)場(chǎng)地

試驗(yàn)場(chǎng)地位于無棣縣五營社區(qū)五營中村，開采井與回灌井直線距離約900m，取水層位均為新近紀(jì)館陶組熱儲(chǔ)，場(chǎng)區(qū)內(nèi)地形平坦，但住戶較多，回灌管路安裝條件復(fù)雜。試驗(yàn)采用同層對(duì)井回灌方式，抽水井位于村北清真寺旁，回灌井位于五營中村村委會(huì)西南部。開采井和回灌井基本情況見表2。

表2 地?zé)衢_采井與回灌井概況

3.2回灌試驗(yàn)工程設(shè)施

回灌試驗(yàn)工程設(shè)施主要包括地?zé)衢_采井、地?zé)峄毓嗑⒒毓喙苈芳盎毓鄼C(jī)械設(shè)備等，回灌裝置包括除砂器、精效過濾器、管道加壓泵、旁通管、水表、壓力表、測(cè)溫計(jì)等(圖2)。

圖2 真空回灌管路安裝示意圖

3.3回灌試驗(yàn)方法及過程

首先對(duì)回灌井進(jìn)行了穩(wěn)定流抽水試驗(yàn)，然后進(jìn)行試灌，最后正式進(jìn)行地?zé)崴斯せ毓嘣囼?yàn)。回灌試驗(yàn)采用同層回灌方式進(jìn)行，即在回灌過程中將回灌井密封，使回灌井處于真空狀態(tài)，避免空氣進(jìn)入，通過自然回灌及加壓回灌2種方式向回灌井進(jìn)行注水。回灌水源為開采井原水，溫度51℃。回灌過程中對(duì)兩眼井水溫、水量、水壓、水位、氣溫等進(jìn)行觀測(cè)，觀測(cè)頻率參照抽水試驗(yàn)進(jìn)行，并間歇性對(duì)回灌井進(jìn)行回?fù)P，回?fù)P間隔時(shí)間為10h左右，每次回?fù)P時(shí)間在30min左右，進(jìn)行了無壓力、0.1MPa和0.2MPa三個(gè)階段的回灌試驗(yàn)，累計(jì)回灌時(shí)間45d，自然回灌平均回灌量57m3/h，0.1MPa平均回灌量72m3/h，0.2MPa平均回灌量81m3/h，回灌效果理想(圖3)。

圖3 回灌工藝流程示意圖

3.4回灌試驗(yàn)結(jié)果分析

3.4.1回灌試驗(yàn)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)

試驗(yàn)前測(cè)得回灌井水位埋深14.5m，開采井水位埋深17.0m，分別采用了自然回灌和加壓回灌的回灌方式。在回灌前后及試驗(yàn)中，對(duì)開采量、回灌量、開采水溫、尾水水溫等進(jìn)行了監(jiān)測(cè)(表3)。

表3 回灌試驗(yàn)情況

3.4.2水量動(dòng)態(tài)

自然回灌：開采量60～66m3/h，累計(jì)開采量15212.4m3；回灌初始，回灌量與開采量一致，回灌6天后，排水管有水溢出，回灌水量44～67.5m3/h，累計(jì)回灌量14351.9m3，累計(jì)回灌時(shí)間14560min，平均采灌比為94.34%。

0.1MPa壓力回灌：開采量72～102m3/h時(shí)，累計(jì)開采量19717.3m3；回灌水量72～102m3/h，累計(jì)回灌量18769.4m3，累計(jì)回灌時(shí)間14400min，平均采灌比為95.19%。

0.2MPa壓力回灌：開采量81.6～102m3/h時(shí)，累計(jì)開采量22522.4m3；回灌量81.2～102m3/h，累計(jì)回灌量21608.9m3，累計(jì)回灌時(shí)間14640min，平均采灌比為95.94%。

3.4.3水溫動(dòng)態(tài)

試驗(yàn)中開采井水溫穩(wěn)定在50℃，開采之初，水溫較低，隨著開采的持續(xù)，水溫逐漸增高至50℃并保持穩(wěn)定。

3.4.4水位動(dòng)態(tài)

開采井水位埋深隨開采量的增大而增大，減小而減小，抽水時(shí)最大水位埋深27.84m，降深為10.98m；回灌井水位埋深總體隨著回灌量的增加而減小，但相對(duì)開采井呈現(xiàn)不完整的相關(guān)趨勢(shì)，回灌初期有明顯波動(dòng)，最后水量呈相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。壓力回灌階段，水位處于井口，壓力相對(duì)穩(wěn)定。

4 地?zé)峄毓嗫尚行苑治?/h2>

4.1以往回灌試驗(yàn)成果

(1)2010年山東省德州市城區(qū)地?zé)峄毓嗫辈椤Ｔ囼?yàn)最大穩(wěn)定回灌量72.6m3/h，單位水頭升幅回灌量1.57m3/h·m。

(2)2012年山東省德州市地?zé)峄毓嘣囼?yàn)(平原魏莊)。試驗(yàn)表明29m水位升幅條件下，自然無壓回灌量70m3/h，單位水頭升幅回灌量2.41m3/h·m。

(3)2013年山東省地?zé)嵛菜毓嘣囼?yàn)研究。結(jié)果顯示自然無壓回灌，回收尾水42m3/h，水位升幅15m，單位水頭升幅回灌量2.8m3/h·m，回灌率達(dá)到了100%。

4.2無棣縣地?zé)峄毓嗟刭|(zhì)條件

4.2.1熱儲(chǔ)層條件

試驗(yàn)場(chǎng)區(qū)及周邊地區(qū)館陶組熱儲(chǔ)分布廣泛，頂界埋深974.3～1000.9m，底界埋深1471.6～1465.0m，熱儲(chǔ)厚度470.7～490.7m，熱儲(chǔ)厚度200～230m，單層最大厚度80.3m，熱儲(chǔ)占地層厚度的44%～46%，孔隙度大，一般為20%～30%。區(qū)內(nèi)完井產(chǎn)能測(cè)試資料，在取水段1040.60～1471.60m深度內(nèi)，涌水量為100～120m3/h，熱水水頭埋深8～11m，熱儲(chǔ)滲透系數(shù)1.01～1.12m/d，彈性釋水系數(shù)3.31×104，導(dǎo)水系數(shù)234.06m2/d，具有良好的儲(chǔ)水空間。

4.2.2回灌水源條件

因尚未進(jìn)行地?zé)峁┡毓嘣囼?yàn)采用的是地?zé)嵩鶕?jù)目前業(yè)內(nèi)的回灌經(jīng)驗(yàn)，回灌水源首選供暖后的地?zé)釛壦５責(zé)豳Y源用于冬季供暖后，地?zé)嵛菜乃|(zhì)與原水質(zhì)幾乎沒有變化，因此，不會(huì)對(duì)熱儲(chǔ)的水質(zhì)產(chǎn)生影響[3]。供暖尾水作為回灌水源還具有運(yùn)送途徑短的特點(diǎn)，可以做到就地開采、就地利用、就地回灌，不但能有效地緩解熱儲(chǔ)壓力的下降，而且能降低開發(fā)利用成本，減少或消除地?zé)衢_發(fā)對(duì)環(huán)境的不良影響。

4.3回灌工程技術(shù)條件

4.3.1回灌井結(jié)構(gòu)

結(jié)合德國砂巖熱儲(chǔ)回灌研究成果及天津?qū)ι皫r孔隙型熱儲(chǔ)的回灌經(jīng)驗(yàn)，改變回灌井成井結(jié)構(gòu)可以增加回灌量[4]。大口徑填礫成井工藝在天津砂巖熱儲(chǔ)回灌井施工已得到研究應(yīng)用，對(duì)緩解回灌中堵塞現(xiàn)象的發(fā)生起到重要作用[5-6]。近年來，山東省魯北地質(zhì)工程勘察院在德州市區(qū)、德州平原、濟(jì)南商河、濱州博興等地進(jìn)行了多次回灌試驗(yàn)，通過不斷改進(jìn)地?zé)峄毓嗑┕すに嚕{(diào)整回填濾料顆粒級(jí)配，有效解決了采灌井間距不足的問題，增大回灌井管與熱儲(chǔ)層接觸面積，增大回灌量。說明在現(xiàn)階段技術(shù)條件下，施工優(yōu)質(zhì)回灌井是可行的。

4.3.2地面輔助凈化設(shè)備

與其他回灌試驗(yàn)對(duì)比，無棣五營社區(qū)回灌試驗(yàn)的地面設(shè)施中同時(shí)配備了除砂器、袋式過濾器水質(zhì)凈化設(shè)施、排氣罐等設(shè)備，采用精、粗二級(jí)過濾，有效緩解了堵塞的發(fā)生，回灌量最大可達(dá)81m3/h，取得了良好的效果。因此，在工作區(qū)進(jìn)行回灌是可行的。

4.3.3回灌能力

目前，該區(qū)地?zé)豳Y源單井實(shí)際可開采量約100～110m3/h，采用自然無壓回灌方式，回灌水量可達(dá)67.5m3/h，采用壓力回灌方式，回灌量可達(dá)81.2～102m3/h，滿足現(xiàn)有地?zé)崴_采資源量的回灌需求。在回灌中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)水位的監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)水位持續(xù)上升，采取回?fù)P措施，防止堵塞發(fā)生[7]，可保證回灌的持續(xù)進(jìn)行。

5 結(jié)論

(1)無棣縣現(xiàn)有地?zé)峋_采供暖利用方式仍較單一，尚未形成梯級(jí)開發(fā)綜合利用，利用率仍比較低。隨著地?zé)豳Y源的不合理開發(fā)，大規(guī)模開采、直接排放、只采不灌等諸多原因，造成了資源的嚴(yán)重浪費(fèi)，為水土污染及熱污染等地質(zhì)環(huán)境問題埋下了隱患。

(2)無棣縣地?zé)釛l件良好，地層滲透性能較好，具備一定的回灌條件。

(3)應(yīng)加強(qiáng)回灌井工藝及回灌工藝的綜合研究，及時(shí)了解回灌效果，完善回灌方案。

[1] 徐希強(qiáng)，劉善軍，王偉德，等.山東省地?zé)豳Y源及勘查開發(fā)對(duì)策[J].山東國土資源，2015，31(5)：31-35.

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Primary Study on Technical Conditions of Geothermal Resources in Wudi County of Shandong Province

WANG Lidong1, YU Xi1, YAO Yingqiang2, SHANG Tingting2

(1. Lubei Geo-engineering Exploration Institute, Shandong Dezhou 253072, China; 2. Shandong Monitoring Center of Geological Environment, Shandong Jinan 250014, China)

Through analysis on geological conditions of geothermal resource in Wudi county, combining with the recharge test, recharge result, recharge heat reservoir conditions and recharge equipments have been analyzed comprehensively, and the feasibility of recharge has been studied as well. It is regarded that recharge can be carried out in Wudi area. It will provide technical services for recharge of geothermal resource in this area.

Geothermal resources; recharge; technical conditions; Wudi County

2016-07-28；

2016-10-12；編輯：曹麗麗

依托項(xiàng)目：山東省國土資源廳《關(guān)于下達(dá)2014年度第一批省地質(zhì)勘查項(xiàng)目計(jì)劃的通知》(魯國土資字〔2014〕262號(hào))——《山東省無棣縣五營社區(qū)地?zé)豳Y源可行性勘查》(任務(wù)書號(hào)：魯勘字(2014)8號(hào))

王立東(1984—)，男，吉林梨樹人，工程師，主要從事深部資源勘探及地?zé)豳Y源的勘查開發(fā)工作；E-mail：swdwld@126.com

P314.1

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王立東，于溪，姚英強(qiáng)，等.山東省無棣縣地?zé)豳Y源回灌技術(shù)條件初探[J].山東國土資源，2017,33(2)：47-50.WANG Lidong, YU Xi, YAO Yingqiang, etc. Primary Study on Technical Conditions of Geothermal Resources in Wudi County of Shandong Province[J].Shandong Land and Resources, 2017,33(2)：47-50.