商河縣館陶組熱儲地?zé)嵛菜毓嗫尚行匝芯?/h1>
2015-08-18 01:04:59張平平張東生劉勝利楊亞賓王立東
山東國土資源 2015年8期
張平平，張東生，劉勝利，楊亞賓，王立東
(山東省魯北地質(zhì)工程勘察院，山東 德州 253072)
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商河縣館陶組熱儲地?zé)嵛菜毓嗫尚行匝芯?/p>
張平平，張東生，劉勝利，楊亞賓，王立東
(山東省魯北地質(zhì)工程勘察院，山東 德州253072)
從回灌熱儲層條件、動(dòng)力場特征、水化學(xué)及庫容條件等方面，研究了商河縣地?zé)峄毓嗟刭|(zhì)條件。結(jié)合區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源開發(fā)利用現(xiàn)狀與回灌工程技術(shù)條件，對商河縣地?zé)嵛菜毓嗟目尚行赃M(jìn)行了研究，認(rèn)為在現(xiàn)有條件下，可逐步推行地?zé)嵛菜毓唷?/p>
地?zé)嵛菜簧皫r熱儲；回灌可行性；商河縣
引文格式：張平平，張東生，劉勝利，等.商河縣館陶組熱儲地?zé)嵛菜毓嗫尚行匝芯縖J].山東國土資源，2015,31(8)：50-53.ZHANG Pingping, ZHANG Dongshen,LIU Shengli, etc. Feasility Study on Geothermal Tail Water Reinjection in Guantao Formation Shandong Province[J].Shandong Land and Resources, 2015,31(8):50-53.
商河縣地處魯西北平原，地?zé)豳Y源屬于碎屑巖類孔隙裂隙熱儲，補(bǔ)給及其微弱，地?zé)崃黧w的大量開采造成了熱儲壓力的急劇下降[1]，同時(shí)，資源浪費(fèi)、環(huán)境污染、利用率低等問題也相伴而生，回灌成為解決上述問題的最直接最有效的措施。為此，文章在商河縣地?zé)豳Y源及開發(fā)利用技術(shù)現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，對商河縣地?zé)峄毓嗟刭|(zhì)條件及工程技術(shù)條件進(jìn)行可行性研究。
1 地?zé)豳Y源勘查開發(fā)利用現(xiàn)狀及存在的問題
1.1地?zé)豳Y源勘查現(xiàn)狀
2001年5月，山東省魯北地質(zhì)工程勘察院在商河縣賈莊勝利油田臨盤社區(qū)施工了一眼探采結(jié)合地?zé)峋?商水探采1井)。近年來，隨著人們生活水平提高，對資源的需求量急劇增大，地?zé)豳Y源作為一種新興能源逐漸被認(rèn)可并廣泛使用，商河縣也在逐年加大地?zé)豳Y源的勘查力度，先后完成商河縣縣城、縣城北部地區(qū)以及整個(gè)商河縣的調(diào)查工作，取得了豐厚的成果。商河縣館陶組熱儲地?zé)豳Y源量10.109×1018J，折合標(biāo)準(zhǔn)煤34478萬t；可利用地?zé)豳Y源量為25.273×1017J，折合標(biāo)準(zhǔn)煤8620萬t；地?zé)犰o儲量為22.4912×109m3；熱水可采資源量為15.475×104m3/d，可開采熱量為10.074×1017J①。
1.2地?zé)豳Y源開發(fā)利用現(xiàn)狀
商河縣現(xiàn)已有地?zé)峋?8眼，開采層位為新近紀(jì)館陶組(其中1眼地?zé)峋疄榛旌祥_采館陶組與東營組熱儲)，井深1279.07～1556.29m，水量40～120m3/h，水溫54～60℃。區(qū)內(nèi)全年地?zé)衢_采用水量約266.56×104萬m3/a，地?zé)衢_發(fā)主要用于供暖(溫室種植)、康樂、洗浴、供熱水、養(yǎng)殖等。其中供暖(溫室)用水占86.81%，康樂-洗浴用水占8.36%；養(yǎng)殖用水占0.43%；熱水及其他利用占4.3%。地?zé)崴_采量全年分配不均，地?zé)崴Y源的開采主要集中在供暖期，供暖期地?zé)崴_采量占全年開采量的91%左右；雖然區(qū)內(nèi)地?zé)衢_發(fā)利用取得一定效果，但總的看來，區(qū)內(nèi)地?zé)嵘形葱纬商菁夐_發(fā)綜合利用，利用率仍比較低。
1.3地?zé)豳Y源開發(fā)利用存在的問題
1.3.1資源枯竭
區(qū)內(nèi)館陶組熱儲地?zé)豳Y源，再生能力差，屬消耗型資源[2]。受人工開采影響，水位呈逐年下降趨勢。2004年4月，商河縣糧食局地?zé)峋删畷r(shí)，自流水頭高出地面7.8m(熱水頭)，至2008年豪門投資置業(yè)有限公司的又一城小區(qū)地?zé)峋删畷r(shí)，水位標(biāo)高為10.5m，水位年內(nèi)降幅2.5m左右。近年來，隨著區(qū)內(nèi)地?zé)峋當(dāng)?shù)量的增加，水位更是急劇下降，目前，區(qū)內(nèi)地?zé)峋删畷r(shí)水位埋深約24～34m。根據(jù)目前的水位下降速度，只采不灌，不僅會使開采成本增加，而且面臨資源枯竭的風(fēng)險(xiǎn)。
1.3.2環(huán)境污染
(1)地?zé)嵛菜疅嵛廴?。區(qū)內(nèi)地?zé)衢_發(fā)主要用于冬季采暖，供暖尾水直接排入城市下水管道內(nèi)，尾水排放溫度一般在25～35℃之間，介于城市熱排水允許溫度臨界值，存在一定的熱污染。
(2)地?zé)嵛菜瘜W(xué)污染。從地?zé)嵛菜乃|(zhì)評價(jià)看，供暖地?zé)嵛菜|(zhì)變化不大，水化學(xué)類型為Cl-Na型，屬咸水，地?zé)嵛菜锌傆捕取㈠i、氯化物、硫酸鹽溶解性總固體、總β放射性等超標(biāo)，不適宜飲用、農(nóng)田灌溉用水*山東省地礦集團(tuán)有限公司，山東省濟(jì)南市商河縣地?zé)豳Y源水質(zhì)評價(jià)報(bào)告，2009年。，因此，尾水的直接排放，對地表水及土壤有一定的污染。
(3)地面沉降。目前，區(qū)內(nèi)很多地?zé)峋g距遠(yuǎn)小于合理井距，冬季的集中開采，造成館陶組地?zé)崴幌陆邓俣瘸^了2m/a，存在地面沉降的隱患。
2 地?zé)嵛菜毓嘣囼?yàn)
2.1井組配置
2014年初，商河縣在旭潤新城小區(qū)進(jìn)行了一組回灌試驗(yàn)。其中開采井井深1430.00m，0～302.92m為Φ339.7mm的泵室管，302.92～1430m為Φ177.8mm的井壁管，濾水管加工打眼，孔徑17mm，有效長度123.11m，降深32.21m時(shí)，水量118.36m3/h；回灌井井深1514.00m，0～297.81m為Φ339.7mm泵室管，298.80～1514.00mm為Φ177.8mm井壁管，濾水管加工打眼，孔徑18mm，有效長度187.54m，降深43.4m時(shí)，水量110m3/h。開采井與回灌井均為二開成井結(jié)構(gòu)，濾水管均未包網(wǎng)纏絲，取水目的層為新近紀(jì)館陶組，地?zé)崴瘜W(xué)類型為Cl-Na型，兩井地面直線距離150.1m。由于回灌井為斜井，340m以深，北東方向傾斜，角度約28°，因此，兩井熱儲層中點(diǎn)間距約500m。
2.2回灌工藝及流程
回灌采用自然無壓對井回灌模式，水源采用供暖尾水。由于小區(qū)采用換熱設(shè)備與水源熱泵機(jī)組進(jìn)行配套組合的方式，尾水不流經(jīng)供暖管網(wǎng)，有效防止了水質(zhì)污染。地?zé)崴?jīng)除砂處理后進(jìn)入換熱器，換熱后低溫尾水輸水至回灌泵房，再經(jīng)儲水罐，兩級過濾裝置，最終通過井管與泵管形成的環(huán)狀間隙灌入回灌井。
2.3試驗(yàn)結(jié)果
試驗(yàn)系統(tǒng)是在借鑒了大量回灌研究成果的基礎(chǔ)上建成的，且為商河縣首次回灌試驗(yàn)，為更好研究區(qū)域回灌性能，在現(xiàn)有水位埋深(34m)條件下，進(jìn)行了自然無壓最大回灌量試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，34m水位升幅條件下，最大尾水回灌量為75m3/h，且可持續(xù)回灌約28d左右，對開采井水量、水溫未產(chǎn)生影響。
3 地?zé)峄毓嗫尚行苑治?/h2>
3.1地?zé)峄毓嗟刭|(zhì)條件
3.1.1熱儲層條件
區(qū)內(nèi)館陶組熱儲除在北部的寧津潛凸區(qū)缺失外，均有分布。在陵縣-老黃河口斷裂以南的廣大地區(qū)，頂界埋深950～1250m，底界埋深1000～1550m，熱儲厚度0～350m，熱儲的含水砂層約占地層厚度的17.63%～38.74%，自該縣北部、東南部往中部及西南部埋深及厚度逐漸增大，熱儲層巖性為灰色、灰白色粗砂巖和砂礫巖，泥質(zhì)膠結(jié)，砂礫巖成巖性差，呈疏松狀?？紫抖却?，一般為20%～30%，熱儲層滲透率一般(11.03～48.20)×10-3μm2。另據(jù)區(qū)內(nèi)地?zé)峋昃畷r(shí)產(chǎn)能測試資料，該區(qū)館陶組地?zé)崴S富，熱儲滲透系數(shù)0.60～1.38m/d，彈性釋水系數(shù)2.54×10-4，導(dǎo)水系數(shù)468.5m2/d，具有良好的儲水空間。
3.1.2回灌動(dòng)力場條件
區(qū)內(nèi)已形成了地?zé)崴德渎┒?，并呈逐年擴(kuò)大趨勢。玉皇廟及商河縣城區(qū)地?zé)崴惠^低，商河縣東北部水位較高(圖1)。
圖1 地?zé)崴粯?biāo)高等值線圖(2013年8月)
3.1.3回灌庫容條件
隨著區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源的開采，館陶組熱儲壓力的大幅下降，形成了利于回灌的儲水空間。區(qū)內(nèi)館陶組熱儲埋藏較深，熱儲回灌庫容量主要為疏干的部分水量，即熱儲的彈性儲量。
(1)地?zé)峄毓鄮烊萘坑?jì)算方法。分別計(jì)算預(yù)期最大回灌庫容量與現(xiàn)狀回灌庫容量，預(yù)期最大回灌庫容量，取決于環(huán)境約束條件下的最大允許降深，現(xiàn)狀回灌庫容量大小主要取決于熱儲現(xiàn)狀條件下水位埋藏深度，計(jì)算公式如下：
(1)
式中：V為地?zé)崴毓鄮烊萘?m3)；μe為熱儲平均彈性釋水系數(shù)；M為熱儲水位平均埋藏深度(m)；F為計(jì)算回灌區(qū)面積(m2)
(2)計(jì)算分區(qū)?？紤]到熱儲參數(shù)的漸變性和連續(xù)性，采用柵格法對區(qū)內(nèi)館陶組進(jìn)行計(jì)算分區(qū)，即以近似網(wǎng)格的形式，每個(gè)分區(qū)面積大致為6km×6km(圖2)。
(3)計(jì)算參數(shù)。彈性釋水系數(shù)：采用不同砂層厚度對應(yīng)彈性釋水系數(shù)的近似加權(quán)平均值作為計(jì)算參數(shù)。水位埋藏深度：依據(jù)館陶組熱儲水位埋深，將各網(wǎng)格水位與地表距離近似加權(quán)平均值作為回灌庫容量計(jì)算的水位埋藏值。利用MapGIS自帶的區(qū)屬性計(jì)算回灌區(qū)面積。
圖2 商河縣館陶組熱儲庫容量計(jì)算分區(qū)圖
(4)回灌庫容計(jì)算結(jié)果。根據(jù)公式計(jì)算出區(qū)內(nèi)館陶組熱儲預(yù)期最大回灌庫容量為2360.72×104m3，現(xiàn)狀回灌庫容量為413.4×104m3。
3.2回灌水源條件
在回灌水源的選擇上，要考慮到水源的水質(zhì)、可使用量、取水路程及經(jīng)濟(jì)可行性等。根據(jù)國際和國內(nèi)地?zé)峄毓嘟?jīng)驗(yàn)，回灌水源首選供暖后的地?zé)釛壦?。前已述及，區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源的開發(fā)利用主要用于冬季供暖，可占總開采量的87%。地?zé)嵛菜乃|(zhì)與原水質(zhì)幾乎沒有變化，因此，以供暖尾水作為地?zé)峄毓嗟乃矗粫醿Φ乃|(zhì)產(chǎn)生影響。采用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)對環(huán)境的不良影響。
3.3回灌工程技術(shù)條件
就砂巖孔隙熱儲回灌而言，目前尚沒有達(dá)到持續(xù)100%回灌效果。除熱儲層本身回灌條件外，回灌工程技術(shù)是影響回灌效果的主要因素。主要包括回灌井成井結(jié)構(gòu)、地面輔助凈化設(shè)備、回灌工藝流程等。
3.3.1回灌井成井結(jié)構(gòu)
結(jié)合德國砂巖熱儲回灌研究成果及國內(nèi)天津?qū)ι皫r孔隙型熱儲的回灌經(jīng)驗(yàn)，改變回灌井成井結(jié)構(gòu)可以增加回灌量[3-4]。大口徑填礫成井工藝在天津砂巖熱儲回灌井施工已得到研究應(yīng)用,對緩解回灌中堵塞現(xiàn)象發(fā)生起到重要作用[5]。這一點(diǎn)在2012年由山東省魯北地質(zhì)工程勘察院在平原縣施工的回灌井中已得到驗(yàn)證。而商河的回灌試驗(yàn)中采用斜井作為回灌井，不但能有效解決采灌井間距不足的問題，而且增大回灌井管與熱儲層接觸面積，增大回灌量。綜上說明在現(xiàn)階段技術(shù)條件下，施工專屬回灌井，技術(shù)上是可行的。
3.3.2地面輔助凈化設(shè)備
通過與周邊地區(qū)回灌試驗(yàn)的對比，商河縣回灌試驗(yàn)的地面設(shè)施中增設(shè)水質(zhì)凈化設(shè)施，排氣罐等設(shè)備，回灌量最大可達(dá)75m3/h。平原回灌試驗(yàn)增設(shè)了排氣、除砂設(shè)備，并采用精、粗二級過濾，在水質(zhì)方面緩解了堵塞的發(fā)生，取得了良好的效果。因此，在工作區(qū)進(jìn)行回灌就工程技術(shù)方面是可行的。
3.3.3回灌方式
從目前區(qū)內(nèi)水位埋深現(xiàn)狀及經(jīng)濟(jì)條件看，采用自然無壓回灌方式，完全可以滿足現(xiàn)有尾水排放需求。在回灌中加強(qiáng)對水位的監(jiān)測，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[6-7]，可保證回灌的持續(xù)進(jìn)行。
4 結(jié)語
(1)商河縣館陶組熱儲厚度大，滲透性好，開發(fā)利用程度較高，地?zé)崴幌陆得黠@，具有一定的儲水空間。
(2)館陶組地?zé)嵛菜|(zhì)幾乎沒有變化，作為回灌水源不會對回灌熱儲層產(chǎn)生影響，且有效防止地?zé)衢_發(fā)帶來的環(huán)境污染。
(3)省內(nèi)外無論是從回灌井成井結(jié)構(gòu)、回灌工藝流程上都進(jìn)行了大量研究工作，且商河縣進(jìn)行了回灌試驗(yàn)，取得了良好的效果，從現(xiàn)有工程技術(shù)角度，可逐步推行地?zé)嵛菜毓唷?/p>
[1]趙季初.魯北砂巖熱儲地?zé)嵛菜毓嘣囼?yàn)研究[J]山東國土資源，2013，29(9)：24-31.
[2]郭振花，孫希華山東省商河縣地?zé)豳Y源開發(fā)利用前景分析[J]資源開發(fā)與市場，2007，(3)：234-274.
[3]劉道遠(yuǎn)，孫啟邦等譯.德國砂巖熱儲層地?zé)崴毓嘣囼?yàn)[J].地?zé)崮埽?009,(5):3-11.
[4]高寶珠,曾梅香.地?zé)釋\(yùn)行系統(tǒng)中回灌井堵塞原因淺析及預(yù)防措施[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2007，(2)：75-79．
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Feasility Study on Geothermal Tail Water Reinjection in Guantao Formation Shandong Province
ZHANG Pingping,ZHANG Dongshen, LIU Shengli, YANG Yabin, WANG Lidong
(Lubei Geo-engineering Exploration Institute, Shandong Dezhou 253072, China)
In this paper, from the aspects of geothermal reservoir conditions, dynamic field, water chemistry and storage conditions, geological conditions of geothermal reinjection in Shanghe county have been studied. Combining with present condition of development and utilization of geothermal resources and technical conditions of the reinjection project, feasibility of geothermal tail water reinjection in Shanghe county has been studied. It is regarded that geothermal tail water reinjection can be gradually implemented under the existing conditions.
Geothermal tail water; thermal reservoir in sandstone; recharging feasibility; Shanghe county
2014-10-08；
2014-12-09；編輯：曹麗麗
張平平(1984—)，女，遼寧省遼中人，工程師，主要從事水工環(huán)及地?zé)岬刭|(zhì)工作；E-mail:zpp840419@163.com
P314.1
B
①商河縣人民政府，商河縣地?zé)豳Y源勘查開發(fā)利用與保護(hù)規(guī)劃，2009年。
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張平平，張東生，劉勝利，楊亞賓，王立東
(山東省魯北地質(zhì)工程勘察院，山東 德州 253072)
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商河縣館陶組熱儲地?zé)嵛菜毓嗫尚行匝芯?/p>
張平平，張東生，劉勝利，楊亞賓，王立東
(山東省魯北地質(zhì)工程勘察院，山東 德州253072)
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地?zé)嵛菜簧皫r熱儲；回灌可行性；商河縣
引文格式：張平平，張東生，劉勝利，等.商河縣館陶組熱儲地?zé)嵛菜毓嗫尚行匝芯縖J].山東國土資源，2015,31(8)：50-53.ZHANG Pingping, ZHANG Dongshen,LIU Shengli, etc. Feasility Study on Geothermal Tail Water Reinjection in Guantao Formation Shandong Province[J].Shandong Land and Resources, 2015,31(8):50-53.
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1 地?zé)豳Y源勘查開發(fā)利用現(xiàn)狀及存在的問題
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2001年5月，山東省魯北地質(zhì)工程勘察院在商河縣賈莊勝利油田臨盤社區(qū)施工了一眼探采結(jié)合地?zé)峋?商水探采1井)。近年來，隨著人們生活水平提高，對資源的需求量急劇增大，地?zé)豳Y源作為一種新興能源逐漸被認(rèn)可并廣泛使用，商河縣也在逐年加大地?zé)豳Y源的勘查力度，先后完成商河縣縣城、縣城北部地區(qū)以及整個(gè)商河縣的調(diào)查工作，取得了豐厚的成果。商河縣館陶組熱儲地?zé)豳Y源量10.109×1018J，折合標(biāo)準(zhǔn)煤34478萬t；可利用地?zé)豳Y源量為25.273×1017J，折合標(biāo)準(zhǔn)煤8620萬t；地?zé)犰o儲量為22.4912×109m3；熱水可采資源量為15.475×104m3/d，可開采熱量為10.074×1017J①。
1.2地?zé)豳Y源開發(fā)利用現(xiàn)狀
商河縣現(xiàn)已有地?zé)峋?8眼，開采層位為新近紀(jì)館陶組(其中1眼地?zé)峋疄榛旌祥_采館陶組與東營組熱儲)，井深1279.07～1556.29m，水量40～120m3/h，水溫54～60℃。區(qū)內(nèi)全年地?zé)衢_采用水量約266.56×104萬m3/a，地?zé)衢_發(fā)主要用于供暖(溫室種植)、康樂、洗浴、供熱水、養(yǎng)殖等。其中供暖(溫室)用水占86.81%，康樂-洗浴用水占8.36%；養(yǎng)殖用水占0.43%；熱水及其他利用占4.3%。地?zé)崴_采量全年分配不均，地?zé)崴Y源的開采主要集中在供暖期，供暖期地?zé)崴_采量占全年開采量的91%左右；雖然區(qū)內(nèi)地?zé)衢_發(fā)利用取得一定效果，但總的看來，區(qū)內(nèi)地?zé)嵘形葱纬商菁夐_發(fā)綜合利用，利用率仍比較低。
1.3地?zé)豳Y源開發(fā)利用存在的問題
1.3.1資源枯竭
區(qū)內(nèi)館陶組熱儲地?zé)豳Y源，再生能力差，屬消耗型資源[2]。受人工開采影響，水位呈逐年下降趨勢。2004年4月，商河縣糧食局地?zé)峋删畷r(shí)，自流水頭高出地面7.8m(熱水頭)，至2008年豪門投資置業(yè)有限公司的又一城小區(qū)地?zé)峋删畷r(shí)，水位標(biāo)高為10.5m，水位年內(nèi)降幅2.5m左右。近年來，隨著區(qū)內(nèi)地?zé)峋當(dāng)?shù)量的增加，水位更是急劇下降，目前，區(qū)內(nèi)地?zé)峋删畷r(shí)水位埋深約24～34m。根據(jù)目前的水位下降速度，只采不灌，不僅會使開采成本增加，而且面臨資源枯竭的風(fēng)險(xiǎn)。
1.3.2環(huán)境污染
(1)地?zé)嵛菜疅嵛廴?。區(qū)內(nèi)地?zé)衢_發(fā)主要用于冬季采暖，供暖尾水直接排入城市下水管道內(nèi)，尾水排放溫度一般在25～35℃之間，介于城市熱排水允許溫度臨界值，存在一定的熱污染。
(2)地?zé)嵛菜瘜W(xué)污染。從地?zé)嵛菜乃|(zhì)評價(jià)看，供暖地?zé)嵛菜|(zhì)變化不大，水化學(xué)類型為Cl-Na型，屬咸水，地?zé)嵛菜锌傆捕取㈠i、氯化物、硫酸鹽溶解性總固體、總β放射性等超標(biāo)，不適宜飲用、農(nóng)田灌溉用水*山東省地礦集團(tuán)有限公司，山東省濟(jì)南市商河縣地?zé)豳Y源水質(zhì)評價(jià)報(bào)告，2009年。，因此，尾水的直接排放，對地表水及土壤有一定的污染。
(3)地面沉降。目前，區(qū)內(nèi)很多地?zé)峋g距遠(yuǎn)小于合理井距，冬季的集中開采，造成館陶組地?zé)崴幌陆邓俣瘸^了2m/a，存在地面沉降的隱患。
2 地?zé)嵛菜毓嘣囼?yàn)
2.1井組配置
2014年初，商河縣在旭潤新城小區(qū)進(jìn)行了一組回灌試驗(yàn)。其中開采井井深1430.00m，0～302.92m為Φ339.7mm的泵室管，302.92～1430m為Φ177.8mm的井壁管，濾水管加工打眼，孔徑17mm，有效長度123.11m，降深32.21m時(shí)，水量118.36m3/h；回灌井井深1514.00m，0～297.81m為Φ339.7mm泵室管，298.80～1514.00mm為Φ177.8mm井壁管，濾水管加工打眼，孔徑18mm，有效長度187.54m，降深43.4m時(shí)，水量110m3/h。開采井與回灌井均為二開成井結(jié)構(gòu)，濾水管均未包網(wǎng)纏絲，取水目的層為新近紀(jì)館陶組，地?zé)崴瘜W(xué)類型為Cl-Na型，兩井地面直線距離150.1m。由于回灌井為斜井，340m以深，北東方向傾斜，角度約28°，因此，兩井熱儲層中點(diǎn)間距約500m。
2.2回灌工藝及流程
回灌采用自然無壓對井回灌模式，水源采用供暖尾水。由于小區(qū)采用換熱設(shè)備與水源熱泵機(jī)組進(jìn)行配套組合的方式，尾水不流經(jīng)供暖管網(wǎng)，有效防止了水質(zhì)污染。地?zé)崴?jīng)除砂處理后進(jìn)入換熱器，換熱后低溫尾水輸水至回灌泵房，再經(jīng)儲水罐，兩級過濾裝置，最終通過井管與泵管形成的環(huán)狀間隙灌入回灌井。
2.3試驗(yàn)結(jié)果
試驗(yàn)系統(tǒng)是在借鑒了大量回灌研究成果的基礎(chǔ)上建成的，且為商河縣首次回灌試驗(yàn)，為更好研究區(qū)域回灌性能，在現(xiàn)有水位埋深(34m)條件下，進(jìn)行了自然無壓最大回灌量試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，34m水位升幅條件下，最大尾水回灌量為75m3/h，且可持續(xù)回灌約28d左右，對開采井水量、水溫未產(chǎn)生影響。
3 地?zé)峄毓嗫尚行苑治?/h2>
3.1地?zé)峄毓嗟刭|(zhì)條件
3.1.1熱儲層條件
區(qū)內(nèi)館陶組熱儲除在北部的寧津潛凸區(qū)缺失外，均有分布。在陵縣-老黃河口斷裂以南的廣大地區(qū)，頂界埋深950～1250m，底界埋深1000～1550m，熱儲厚度0～350m，熱儲的含水砂層約占地層厚度的17.63%～38.74%，自該縣北部、東南部往中部及西南部埋深及厚度逐漸增大，熱儲層巖性為灰色、灰白色粗砂巖和砂礫巖，泥質(zhì)膠結(jié)，砂礫巖成巖性差，呈疏松狀?？紫抖却?，一般為20%～30%，熱儲層滲透率一般(11.03～48.20)×10-3μm2。另據(jù)區(qū)內(nèi)地?zé)峋昃畷r(shí)產(chǎn)能測試資料，該區(qū)館陶組地?zé)崴S富，熱儲滲透系數(shù)0.60～1.38m/d，彈性釋水系數(shù)2.54×10-4，導(dǎo)水系數(shù)468.5m2/d，具有良好的儲水空間。
3.1.2回灌動(dòng)力場條件
區(qū)內(nèi)已形成了地?zé)崴德渎┒?，并呈逐年擴(kuò)大趨勢。玉皇廟及商河縣城區(qū)地?zé)崴惠^低，商河縣東北部水位較高(圖1)。
圖1 地?zé)崴粯?biāo)高等值線圖(2013年8月)
3.1.3回灌庫容條件
隨著區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源的開采，館陶組熱儲壓力的大幅下降，形成了利于回灌的儲水空間。區(qū)內(nèi)館陶組熱儲埋藏較深，熱儲回灌庫容量主要為疏干的部分水量，即熱儲的彈性儲量。
(1)地?zé)峄毓鄮烊萘坑?jì)算方法。分別計(jì)算預(yù)期最大回灌庫容量與現(xiàn)狀回灌庫容量，預(yù)期最大回灌庫容量，取決于環(huán)境約束條件下的最大允許降深，現(xiàn)狀回灌庫容量大小主要取決于熱儲現(xiàn)狀條件下水位埋藏深度，計(jì)算公式如下：
(1)
式中：V為地?zé)崴毓鄮烊萘?m3)；μe為熱儲平均彈性釋水系數(shù)；M為熱儲水位平均埋藏深度(m)；F為計(jì)算回灌區(qū)面積(m2)
(2)計(jì)算分區(qū)?？紤]到熱儲參數(shù)的漸變性和連續(xù)性，采用柵格法對區(qū)內(nèi)館陶組進(jìn)行計(jì)算分區(qū)，即以近似網(wǎng)格的形式，每個(gè)分區(qū)面積大致為6km×6km(圖2)。
(3)計(jì)算參數(shù)。彈性釋水系數(shù)：采用不同砂層厚度對應(yīng)彈性釋水系數(shù)的近似加權(quán)平均值作為計(jì)算參數(shù)。水位埋藏深度：依據(jù)館陶組熱儲水位埋深，將各網(wǎng)格水位與地表距離近似加權(quán)平均值作為回灌庫容量計(jì)算的水位埋藏值。利用MapGIS自帶的區(qū)屬性計(jì)算回灌區(qū)面積。
圖2 商河縣館陶組熱儲庫容量計(jì)算分區(qū)圖
(4)回灌庫容計(jì)算結(jié)果。根據(jù)公式計(jì)算出區(qū)內(nèi)館陶組熱儲預(yù)期最大回灌庫容量為2360.72×104m3，現(xiàn)狀回灌庫容量為413.4×104m3。
3.2回灌水源條件
在回灌水源的選擇上，要考慮到水源的水質(zhì)、可使用量、取水路程及經(jīng)濟(jì)可行性等。根據(jù)國際和國內(nèi)地?zé)峄毓嘟?jīng)驗(yàn)，回灌水源首選供暖后的地?zé)釛壦?。前已述及，區(qū)內(nèi)地?zé)豳Y源的開發(fā)利用主要用于冬季供暖，可占總開采量的87%。地?zé)嵛菜乃|(zhì)與原水質(zhì)幾乎沒有變化，因此，以供暖尾水作為地?zé)峄毓嗟乃矗粫醿Φ乃|(zhì)產(chǎn)生影響。采用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)對環(huán)境的不良影響。
3.3回灌工程技術(shù)條件
就砂巖孔隙熱儲回灌而言，目前尚沒有達(dá)到持續(xù)100%回灌效果。除熱儲層本身回灌條件外，回灌工程技術(shù)是影響回灌效果的主要因素。主要包括回灌井成井結(jié)構(gòu)、地面輔助凈化設(shè)備、回灌工藝流程等。
3.3.1回灌井成井結(jié)構(gòu)
結(jié)合德國砂巖熱儲回灌研究成果及國內(nèi)天津?qū)ι皫r孔隙型熱儲的回灌經(jīng)驗(yàn)，改變回灌井成井結(jié)構(gòu)可以增加回灌量[3-4]。大口徑填礫成井工藝在天津砂巖熱儲回灌井施工已得到研究應(yīng)用,對緩解回灌中堵塞現(xiàn)象發(fā)生起到重要作用[5]。這一點(diǎn)在2012年由山東省魯北地質(zhì)工程勘察院在平原縣施工的回灌井中已得到驗(yàn)證。而商河的回灌試驗(yàn)中采用斜井作為回灌井，不但能有效解決采灌井間距不足的問題，而且增大回灌井管與熱儲層接觸面積，增大回灌量。綜上說明在現(xiàn)階段技術(shù)條件下，施工專屬回灌井，技術(shù)上是可行的。
3.3.2地面輔助凈化設(shè)備
通過與周邊地區(qū)回灌試驗(yàn)的對比，商河縣回灌試驗(yàn)的地面設(shè)施中增設(shè)水質(zhì)凈化設(shè)施，排氣罐等設(shè)備，回灌量最大可達(dá)75m3/h。平原回灌試驗(yàn)增設(shè)了排氣、除砂設(shè)備，并采用精、粗二級過濾，在水質(zhì)方面緩解了堵塞的發(fā)生，取得了良好的效果。因此，在工作區(qū)進(jìn)行回灌就工程技術(shù)方面是可行的。
3.3.3回灌方式
從目前區(qū)內(nèi)水位埋深現(xiàn)狀及經(jīng)濟(jì)條件看，采用自然無壓回灌方式，完全可以滿足現(xiàn)有尾水排放需求。在回灌中加強(qiáng)對水位的監(jiān)測，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[6-7]，可保證回灌的持續(xù)進(jìn)行。
4 結(jié)語
(1)商河縣館陶組熱儲厚度大，滲透性好，開發(fā)利用程度較高，地?zé)崴幌陆得黠@，具有一定的儲水空間。
(2)館陶組地?zé)嵛菜|(zhì)幾乎沒有變化，作為回灌水源不會對回灌熱儲層產(chǎn)生影響，且有效防止地?zé)衢_發(fā)帶來的環(huán)境污染。
(3)省內(nèi)外無論是從回灌井成井結(jié)構(gòu)、回灌工藝流程上都進(jìn)行了大量研究工作，且商河縣進(jìn)行了回灌試驗(yàn)，取得了良好的效果，從現(xiàn)有工程技術(shù)角度，可逐步推行地?zé)嵛菜毓唷?/p>
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Feasility Study on Geothermal Tail Water Reinjection in Guantao Formation Shandong Province
ZHANG Pingping,ZHANG Dongshen, LIU Shengli, YANG Yabin, WANG Lidong
(Lubei Geo-engineering Exploration Institute, Shandong Dezhou 253072, China)
In this paper, from the aspects of geothermal reservoir conditions, dynamic field, water chemistry and storage conditions, geological conditions of geothermal reinjection in Shanghe county have been studied. Combining with present condition of development and utilization of geothermal resources and technical conditions of the reinjection project, feasibility of geothermal tail water reinjection in Shanghe county has been studied. It is regarded that geothermal tail water reinjection can be gradually implemented under the existing conditions.
Geothermal tail water; thermal reservoir in sandstone; recharging feasibility; Shanghe county
2014-10-08；
2014-12-09；編輯：曹麗麗
張平平(1984—)，女，遼寧省遼中人，工程師，主要從事水工環(huán)及地?zé)岬刭|(zhì)工作；E-mail:zpp840419@163.com
P314.1
B
①商河縣人民政府，商河縣地?zé)豳Y源勘查開發(fā)利用與保護(hù)規(guī)劃，2009年。
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