沈健，王連成，趙艷婷

（天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計院，天津300250）

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天津市中心城區(qū)老舊地?zé)峄毓嘞到y(tǒng)技術(shù)改造方法探析

沈健，王連成，趙艷婷

（天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計院，天津300250）

摘要：天津市中心城區(qū)部分地?zé)峄毓嗑\(yùn)行時間較長，井下堵塞情況普遍，很多井的回灌效果出現(xiàn)了衰減現(xiàn)象。為了保證回灌井的回灌能力，可以采用酸化洗井、增加過濾設(shè)備等措施對老舊回灌系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造。此措施能有效避免回灌物理堵塞，減緩回灌量衰減，提高回灌率、維護(hù)回灌井的持續(xù)有效運(yùn)行，并能滿足更高標(biāo)準(zhǔn)的兩采一灌的回灌需求，從而為解決周邊地?zé)釂尉牡責(zé)嵛菜毓嘈枨髣?chuàng)造有利條件。

關(guān)鍵詞：地?zé)豳Y源，回灌，基巖熱儲，水質(zhì)過濾，酸化洗井

天津地區(qū)蘊(yùn)藏豐富的沉積盆地型中、低溫地?zé)豳Y源，其開發(fā)利用已有近八十年的歷史。隨著地?zé)豳Y源開發(fā)利用規(guī)模的擴(kuò)大，導(dǎo)致熱儲壓力不斷降低，尤其是以中心城區(qū)為代表的地?zé)峒虚_采區(qū)，由于地?zé)衢_采井井群密度較大，已出現(xiàn)較為明顯的熱儲壓力降落漏斗［1］。水位的持續(xù)下降，直接影響著地?zé)豳Y源的可持續(xù)開發(fā)利用。多年來國內(nèi)外在地?zé)衢_發(fā)利用領(lǐng)域經(jīng)驗探索出了一系列新的技術(shù)方法，其中最重要的手段就是進(jìn)行回灌開發(fā)利用［2］。所以在天津市中心城區(qū)應(yīng)該加大地?zé)峄毓嗟牧Χ?，采取措施解決現(xiàn)有地?zé)釂尉幕毓鄦栴}，以實現(xiàn)地?zé)豳Y源的可持續(xù)發(fā)展。

中心城區(qū)的地?zé)釂尉蠖喑删畷r間較早，近年來隨著城市建設(shè)的發(fā)展，若為這些單井補(bǔ)建回灌井，大多受到經(jīng)濟(jì)、施工場地和地質(zhì)構(gòu)造等條件的制約，落實難度很大［3］。因此，如果充分利用中心城區(qū)現(xiàn)有的地?zé)峄毓嗑瑢邆錀l件的地?zé)釂尉M(jìn)行合理的資源整合，將原有的對井回灌系統(tǒng)改造成兩采一灌系統(tǒng)，既避免了新建回灌井面臨的場地困難問題，又能減少新建井的鉆探施工費(fèi)用，還可以達(dá)到地?zé)嵛菜毓嗟哪康摹＝陙?，天津市采用對井回灌開發(fā)利用模式，已經(jīng)相繼建成了百余處對井回灌系統(tǒng)，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，一采一灌的對井運(yùn)行效果普遍較好，但由于這些地?zé)峄毓嗑\(yùn)行時間較長，井下堵塞情況普遍，很多井的回灌效果出現(xiàn)了衰減現(xiàn)象，難以滿足更高標(biāo)準(zhǔn)的兩采一灌的回灌需求。因此，如何對這些老式回灌井進(jìn)行技術(shù)改造，提高其回灌能力，就顯得尤為重要。由于這些老式回灌井的目的層多為基巖熱儲的薊縣系霧迷山組熱儲層，因此，筆者主要針對該類熱儲層的回灌井系統(tǒng)改造問題進(jìn)行分析研究。

1　地?zé)峄毓嗑饕氯蛩?/h2>

懸浮物通常是指在水中不溶解而又存在于水中不能通過過濾器的固體物質(zhì)［4］。地?zé)崃黧w的懸浮物堵塞是影響回灌的重要因素，懸浮固體顆粒隨回灌流體進(jìn)入地層后充填于熱儲層中與其中白云質(zhì)、灰質(zhì)、泥質(zhì)膠結(jié)，從而造成儲層堵塞。此外，地?zé)峋陂L期使用過程中管道、井管的銹蝕物會隨著回灌流體注入含水層中，也是造成回灌井堵塞的重要因素。

1.2化學(xué)沉淀作用

地?zé)崃黧w的化學(xué)沉淀是影響回灌效果的重要因素之一。通過以往對部分霧迷山組地?zé)峋牧黧w垢樣品的鑒定可知，沉淀的主要成分包括CaCO3、SiO2、Fe2O3等化合物，主要元素有O，Si，F(xiàn)e，Al等［5］。

開采-回灌過程中，由于溫度、壓力的變化，地?zé)崃黧w中的化學(xué)組分發(fā)生變化：

（1）HCO3-含量較高的流體會發(fā)生下列（1）式的化學(xué)反應(yīng)而釋放一定量的CO2氣體，從而產(chǎn)生CaCO3或MgCO3沉淀：

（2）SiO2沉淀主要是可溶性SiO2在溫度低于50℃時，在熱流體中的溶解度與溫度呈明顯的負(fù)線性相關(guān)關(guān)系，各種形式的降溫過程都會導(dǎo)致沉淀生成。

（3）Fe氧化產(chǎn)生Fe2O3沉淀，因此，懸浮物堵塞與化學(xué)堵塞存在著交叉重疊部分，懸浮物中包含著化合物組份，而化學(xué)反應(yīng)生成物質(zhì)多以懸浮物的形式出現(xiàn)。

水利工程項目實際建設(shè)中涉及范圍較廣，存在大量的質(zhì)量影響因素，為了實現(xiàn)各項建設(shè)工作的順利進(jìn)行，必須實地調(diào)查水利工程建設(shè)區(qū)域，掌握建設(shè)區(qū)域或是施工現(xiàn)場的水質(zhì)環(huán)境、氣候環(huán)境、地形地貌和交通情況，形成區(qū)域調(diào)研數(shù)據(jù)，基于施工建設(shè)區(qū)域的實際情況，遵循水利工程建設(shè)的宏觀要求和設(shè)計要求，開展水利工程規(guī)劃活動，保證工程質(zhì)量。

2　老式地?zé)峄毓嘞到y(tǒng)技術(shù)改造方法及工程實例

2.1酸化洗井

.1.1工作原理

酸化洗井是靠酸液的化學(xué)溶蝕作用以及向地層擠酸時的水力作用來提高熱儲層滲透性能的工藝措施，注酸壓力高于熱儲層破裂壓力，酸液同時發(fā)揮化學(xué)作用和水力作用來擴(kuò)大、延伸、壓裂和溝通裂縫，形成延伸遠(yuǎn)、流通能力高的滲流通道［6］。

該方法以往多應(yīng)用于碳酸鹽巖熱儲層地?zé)峋脑霎a(chǎn)，如今也逐漸應(yīng)用于地?zé)峄毓嗑慕舛绿幚碇?。地?zé)峄毓嗑诨毓噙^程中由于回灌流體進(jìn)入熱儲層的壓力使污染物對裂隙越壓越密，導(dǎo)致流體需克服的阻力也越來越大，回灌量逐漸衰減。在熱儲層裂隙發(fā)育程度滿足的情況下，利用酸化壓裂的方法可以有效提高地?zé)峋漠a(chǎn)能，尤其在回灌井的施工和處理中，對提高回灌效果極為重要。對于提高地?zé)峋氖褂脡勖途S持地?zé)豳Y源的可持續(xù)發(fā)展效果顯著［7］。

酸壓處理中，主要工作介質(zhì)是鹽酸，其進(jìn)入熱儲層縫隙后，將與巖石壁面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。以其主要成分—方解石（CaCO3）、白云石（CaMg（CO3）2）為例說明酸液注入后的主要化學(xué)反應(yīng)［8］，其化學(xué)反應(yīng)方程式為：

由此可知，酸壓處理后，熱儲層中大量的碳酸鹽巖被溶解，增加了裂縫的空間體積，從而有利于回灌通道的暢通。

.1.2工程實例

以HX-33井回灌改造工程為例［9］，該井位于天津河西區(qū)某小區(qū)內(nèi)，建成于1997年，目的層為薊縣系霧迷山組熱儲層，地?zé)峋? 762 m，其中熱儲層段厚460 m，該井成井時水溫81℃，出水量100 m3/h。該井與同層地?zé)峋瓾X-24井為對井采灌系統(tǒng)，承擔(dān)著HX-24井地?zé)嵛菜幕毓嘈枨?，本次改造的目的是將周邊鄰近的同層HX-31井的地?zé)嵛菜尤氩晒嘞到y(tǒng)中，從而形成兩采一灌的運(yùn)行模式。

然而根據(jù)HX-33井的回灌試驗數(shù)據(jù)（表1）以及多年的動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析，該井難以滿足兩采一灌的回灌方式。因此，經(jīng)過分析，決定對該井酸化洗井技術(shù)改造，從而提高其回灌能力。

（1）酸化洗井工藝方式及參數(shù)

1）酸化工藝：鹽酸酸壓工藝

2）擠注方式：正擠

3）濃度：22%

4）擠注壓力：≤20 MPa

5）排酸方式：汽化水排酸

（2）酸化洗井質(zhì)量評述

通過對HX-33井進(jìn)行酸化洗井，清理了套管內(nèi)壁結(jié)垢附著物和沉積物，有效的拓展了回灌層薊縣系霧迷山組裂隙寬度，并對儲層裂隙進(jìn)行了延伸，通過回灌試驗（表2）驗證，該井回灌效果提高了67%，從而滿足了未來兩采一灌的回灌要求。

表1　HX-33井酸化前回灌試驗數(shù)據(jù)表Tab.1　Reinjection test data table of HX-33 well before acidification

表2　HX-33井酸化后回灌試驗數(shù)據(jù)表Tab.2　Reinjection test data table of HX-33 well after acidification

2.2增加過濾設(shè)備

2.2.1工作原理

對回灌井堵塞原因的深入研究和分析發(fā)現(xiàn)，其影響因素是極其復(fù)雜的，其中固體懸浮顆粒、化學(xué)沉淀等是引起回灌量衰減的主要原因，所以保證回灌水的質(zhì)量、減少懸浮物和化學(xué)沉淀是解決堵塞的關(guān)鍵。因此，在回灌運(yùn)行中，尤其是針對需要長距離管道輸送的地?zé)峄毓辔菜鼞?yīng)對回灌水源進(jìn)行過濾凈化處理，除去顆粒較大的懸浮物固相物質(zhì)，保證回灌效果。

2.2.2工程實例

以HD-26井回灌改造工程為例［10］，HD-26地?zé)衢_采井主要為周邊小區(qū)進(jìn)行供暖，由于未開鑿回灌井，每年約15萬m3的地?zé)嵛菜苯优欧?，造成了地?zé)豳Y源的極大浪費(fèi)。與該井相隔不遠(yuǎn)有一處地?zé)岵晒嘞到y(tǒng)即HD-35、HD-35B地?zé)釋到y(tǒng)，同屬碳酸鹽巖熱儲層，熱流體水質(zhì)相似，因此，為了保護(hù)地?zé)豳Y源，實現(xiàn)可持續(xù)開發(fā)利用，將HD-26地?zé)衢_采井并入HD-35、HD-35B地?zé)釋到y(tǒng)中，形成兩采一灌開發(fā)利用模式，既可增加地?zé)崴Y源回灌量、維持熱儲壓力，又可減少尾水排放，降低對環(huán)境的影響。

由于HD-26井的地?zé)嵛菜枰?jīng)過600 m的鋼質(zhì)管道輸送至HD-35B回灌井，為了保證回灌水質(zhì)，需要對回灌站房進(jìn)行技術(shù)改造，保證回灌水質(zhì)的過濾精度達(dá)到回灌要求（圖1）。

根據(jù)對過濾前后的回灌流體的取樣分析，HD-26井回灌流體中的懸浮物平均粒徑由過濾前的263.551μm（最大粒徑約411μm）降至過濾后的0.792μm（圖2）。有效地除去了顆粒較大的懸浮物固相物質(zhì)，保證了回灌效果。

為了驗證改造后HD-35B回灌井能否滿足實際回灌要求，進(jìn)行了約200小時的回灌試驗。本次試驗的歷時曲線如圖3所示，穩(wěn)定回灌量140 m3/h，與HD-35B成井之初的回灌能力相當(dāng)。證明通過增加過濾設(shè)備后，HD-26地?zé)嵛菜幕毓辔磳D-35B回灌井的回灌能力產(chǎn)生不利影響，從而保證了回灌系統(tǒng)的長期穩(wěn)定使用。

圖1　升級改造后的回灌系統(tǒng)工藝流程圖Fig.1 Reinjection system flow chart after upgrading

圖2　回灌流體過濾前后懸浮物粒度分析對比圖Fig.2 Comparison chart of suspended solids grain size analysis between unfiltered and filtered reinjection fluid

3　結(jié)論

為了實現(xiàn)地?zé)豳Y源的可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)在天津市中心城區(qū)加大地?zé)峄毓嗟牧Χ?，采取措施解決現(xiàn)有地?zé)釂尉幕毓鄦栴}，但由于補(bǔ)建回灌井往往受到經(jīng)濟(jì)、施工場地和地質(zhì)構(gòu)造等條件的制約，落實難度大，因此，將地?zé)釂尉徒c現(xiàn)有老舊回灌系統(tǒng)整合是解決回灌的一種可行性方法。為了保證這些老舊回灌系統(tǒng)的回灌能力，根據(jù)工程經(jīng)驗，可采用酸化洗井、增加過濾設(shè)備等措施對老舊回灌系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，從而有效避免回灌物理堵塞，減緩回灌量衰減，提高回灌率、維護(hù)回灌井的持續(xù)有效運(yùn)行，使其滿足更高標(biāo)準(zhǔn)的兩采一灌的回灌需求。

圖3　HD-35B井回灌試驗歷時曲線圖Fig.3 Reinjection test’s duration curve of the HD-35B well

參考文獻(xiàn)：

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［9］天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計院.天津市河西區(qū)HX-31井和HX-33井地?zé)豳Y源保護(hù)工程總結(jié)報告［R］.2015.

［10］天津地?zé)峥辈殚_發(fā)設(shè)計院.天津市河?xùn)|區(qū)HD-26井和HD-35井、HD-35B井地?zé)豳Y源保護(hù)工程總結(jié)報告［R］.2014.

資助項目：天津市礦產(chǎn)資源補(bǔ)償費(fèi)地質(zhì)項目：“天津市地?zé)豳Y源整合和補(bǔ)建回灌井項目（國土房任［2014］23號）"

中圖分類號：P314

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-4135（2016）02-0153-04

收稿日期：2016-04-11

作者簡介：沈健（1983-），男，工程師，畢業(yè)于長安大學(xué)水文與水資源工程專業(yè)，主要從事水文地質(zhì)、地?zé)岬刭|(zhì)、地?zé)峄毓嗟葘I(yè)技術(shù)工作，Email：shenjian0216@hotmail.com。

Exploration and analysis of technical transformation on the old
geothermal reinjection systems in the central city of Tianjin

SHEN Jian，WANG Lian-cheng，ZHAO Yan-ting
（Tianjin Institute of Geothermal Expioration and Development Design，Tianjin 300250，China）

Abstract：Some geothermal reinjection wells in the central city of Tianjin have been used for a long time，and lugging is so general in the wells，even attenuation of reinjection result appeared in a lot of wells.In order to nsure the reinjection ability of the wells，we carried out technical transformation on the old geothermal einjection systems by acidifying well，increasing filtration equipment and other measures.This can prevent hysical plug of reinjection effectively，alleviate attenuationa of reinjection amount，increase the rate of recharge，maintain continued and effective operation of reinjection wells，and meet the reinjection needs of higher system which is formed by two production wells and one reinjection well.Thus，it creates favorable conditions for the einjection of surrounding single well’s geothermal tail water.

Key words：geothermal resources；reinjection；bedrock heat reservoir；water filtration；acidify well