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        聊城市地熱回灌技術初步分析

        2011-12-20 03:49:24吉龍江
        城市建設理論研究 2011年23期

        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(fā)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(qū)周圍、高唐、臨清、冠縣等區(qū)域,其中城區(qū)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(qū)星光房地產開發(fā)公司地熱井,井深1619米,井口溫度57℃;較淺的是聊城開發(fā)區(qū)圖騰房地產開發(fā)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(fā)公司、大學、賓館飯店等企事業(yè)單位,主要用于住宅小區(qū)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(fā)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(huán)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(wěn)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(yǎng)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(qū)熱儲壓力持續(xù)下降的難題。

        天津的地熱資源回灌研究始于1982年在大港區(qū)利用原有地熱井在新近系明化鎮(zhèn)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(qū)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(tǒng)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(qū)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(yè)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(tǒng)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(qū)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(qū)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(zhèn)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?;毓鄼C具、裝置工作穩(wěn)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(chuàng)新。采用動態(tài)監(jiān)測手段,長期監(jiān)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(fā)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(yè),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(wěn)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(wěn)定流抽水試驗有關規(guī)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(tài)。

        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(jié)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(xù)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(wěn)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(xù)對回灌井水位,開采井水溫、水量進行監(jiān)測,直至回灌井水位穩(wěn)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(xù)回灌24小時,回揚2—3次,若發(fā)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(guī)律。水樣采集、保存、測試按有關規(guī)范要求進行。

        6動態(tài)監(jiān)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(jiān)控系統(tǒng),實施對水文、水壓、水位、水量、時間的監(jiān)測。在原地熱資源開采監(jiān)控系統(tǒng)基礎上研發(fā)地熱回灌監(jiān)控系統(tǒng),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(wěn)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

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